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WO2016113486A1 - Method for storing and releasing energy by reduction and oxidation of aluminium particles - Google Patents

Method for storing and releasing energy by reduction and oxidation of aluminium particles Download PDF

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WO2016113486A1
WO2016113486A1 PCT/FR2016/000033 FR2016000033W WO2016113486A1 WO 2016113486 A1 WO2016113486 A1 WO 2016113486A1 FR 2016000033 W FR2016000033 W FR 2016000033W WO 2016113486 A1 WO2016113486 A1 WO 2016113486A1
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WO
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plasma
metal
gas
spray
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PCT/FR2016/000033
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WO2016113486A8 (en
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Nicolas Ugolin
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Ceased legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/08Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents with metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0861Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • a new type of energy storage in molten salts is currently used for solar power plants, although it is an interesting alternative to traditional storage in batteries, this storage method is limited to thermal technologies and has a low conversion efficiency . In addition, the facilities are large and difficult to miniaturize.
  • a first solar plant in Corsica stores electrical energy in hydrogen by electrolysis of seawater. This hydrogen is used later to produce electricity on demand through a fuel cell.
  • New forms of storage of hydrogen are being developed, especially solid in the form of alkali metal hydride such as Mg or Na.
  • the energy required for the production of hydrogen is provided by an oxidation-reduction reaction, for example with an alkali metal such as Mg, Na, K, etc., the oxidized metal being subsequently regenerated, for example from a laser very energetic, this hypothesis was imagined in the context of the solar laser project developed to regenerate magnesium oxide.
  • alkali metals do not lend themselves to the storage of energy because of their dangerousness and extreme reactivity.
  • the process will take advantage of plasma ion propulsion systems to produce and sort aluminum ions.
  • the process can be applied to other metals than aluminum to obtain a reduced metal.
  • the method comprises, in a first step, on the one hand the generation of a spray of metal particles typically of aluminum constituting the reducing phase, such that the size of the particles is preferably between 2 nm and 800 ⁇ m. and secondly, a spray gaseous or liquid oxidant constituting the oxidizing phase, preferentially water, CO 2 or a mixture of these two compounds.
  • At least one of the two phases will be activated by an excitation means such as electromagnetic irradiation, such as laser radiation, solar radiation, microwaves, radio frequency, high frequency electric field, magnetic field varying at high frequency. frequency or any combination of these excitation means.
  • the activation of the at least one phase may go as far as to reach the formation of a gas or a plasma such that the oxidation of the metal is complete and in particular the oxidation of aluminum to alumina.
  • the plasmas recombinations can be done at the elemental level of Al, H, O, C or ions or equivalent radicals present in the plasmas.
  • the particle spray can be obtained using a rare gas such as argon, xeon, kripton.
  • the particle spray will be made with the oxidizing gas such as CO 2, H 2 O, CO, water vapor, a mixture of these gases, or from a suspension in water of the metal particles. .
  • the oxidizing gas such as CO 2, H 2 O, CO, water vapor, a mixture of these gases, or from a suspension in water of the metal particles.
  • a single spray mixing the oxidant and the reducing agent can be used.
  • the particle spray will be obtained from CO 2, while the oxidizing phase will comprise a spray of water or water vapor, possibly CO, the water being five times more reactive than CO 2 oxidation will then occur essentially by water.
  • the method comprises, in a second step, the generation of a spray of particles of metal oxides typically of alumina, activated in plasma by a means such as electromagnetic irradiation, laser radiation, solar radiation, microwave, radio frequency, high frequency electric field, high frequency magnetic field, interaction with electrons or any combination thereof.
  • the activated elements are then subjected to electric or magnetic fields or a combination of these fields, so as to separate the positive ions from the rest of the elements of the plasma or the mixture of elementary particles, possibly to separate the negative ions from the other elements of the plasma. or a mixture of elementary particles.
  • the spray of particles of metal oxides, typically alumina, will be obtained with a neutral gas such as argon, kripton.
  • a neutral gas such as argon, kripton.
  • argon has the advantage of facilitating plasma formation by virtue of its plasmagenic properties.
  • the reactor of the first step comprises a FIG. 11 tube made of quartz, ceramic or any other material permeable to microwaves or to the electric and / or magnetic field, such as silicon carbide, nitride boron, zirconium, peek ect, of diameter between 1 cm and 50 cm preferably of diameter less than 6 cm.
  • a Figl .2 device for injecting a spray of metal particles, typically aluminum particles between 2 nm and 800 ⁇ . It may be a simple nozzle, the particle spray may be obtained using a neutral motor gas such as argon. In a particular embodiment, the gas may be CO.sub.2.
  • a liquid oxidant spray such as water
  • a second nozzle may be used for the oxidizing phase, this oxidant may be CO 2, CO or water vapor or a water spray.
  • water vapor CO or CO 2 may replace argon as the driving gas. Different variants may use any mixture of these gases.
  • the quartz or ceramic tube crosses perpendicularly at least one waveguide Figl .3, at the ends of which is fixed at least one microwaves generator Figl .4 or magnetron such as micro emitted waves pass through the waveguide forming the excitation device.
  • the microwaves used may have any value in the range of microwaves from 1 to 300 GHz.
  • the waveguide may advantageously be replaced or supplemented by a downstream 3 comprising adjusting pistons.
  • the gases and particles passing through the waveguide undergo a heating vaporizing the materials, until possibly transforming them into plasma thus allowing the complete oxidation of the metal by oxidants such as CO 2, H 2 O, optionally CO and the reduction of the oxidants, depending on the oxidant used in H2 hydrogen, carbon monoxide CO possibly carbon and a very large amount of heat that will be evacuated in the gases produced or in the engine gases used to make the sprays.
  • the heat of the gases can be recovered to produce energy (electrical, mechanical ect), the gases produced can be turbined or used as for ⁇ 2 in fuel cells or for other industrial uses.
  • the addition of steam or a water spray through a venturi (vacuum generator) Fig. 5 disposed for example after the waveguide can produce of the dihydrogen by the following reaction /
  • the carbon produced can be used as fuel or can be used in industry
  • the at least one waveguide and the at least one magnetron will be completed or replaced by at least one solenoid enclosing the tube connected to a high frequency generator and for injecting a high frequency varying magnetic field in the frequency tube between 10 Hz and 1GHz.
  • the metal particles allow the spontaneous ignition of plasmas.
  • a quartz or ceramic tube Fig. 6 comprises a second quartz or ceramic tube Fig. 7 such that the tube Fig. 7 extends beyond both sides of the tube Fig. 6.
  • One of the ends of the tube Fig. 6 is closed by a wall Fig. 8 which joins the wall of the tube Fig. 7.
  • the injection point of the oxidizing and reducing phases such as nozzle or any other injection means.
  • the injection is through a venturi (vacuum generator) Figl .9 whose holes are directed down Figl .10 and arranged at the end of the tube Figl.6.
  • the tube Fig. 6 passes through an excitation device such as a high frequency generator, a waveguide F1, 1.3 and microwave, and the like.
  • the tube Fi l.6 continues after the blades by a tube ending in a cone Figl .12.
  • the tube Figl .7 continues beyond the blades or fins to the first third of Figl tube 12 ending in a cone, the latter forming a cyclone.
  • tube is arranged a Figl ceramic filter 13 capable of capturing alumina particles, for example with pores of 2 nm in diameter.
  • the reducing agents and / or oxidizing agents are optionally activated until a plasma is formed which causes the oxidation of the metal, typically aluminum, to become alumina.
  • the already formed gases, plasmas and oxide particles or non-vaporized or non-oxidized metal particles are vortexed into the conical tube Fig. 12 through the blades Fig. 11.
  • a column of ascending gas is formed, captured by the tube Fig. 7, the larger particles are trapped at the bottom of the cone of the tube Fig. 12.
  • the rising gas whose composition depends on the oxidizing phase and the driving gas (H2, CO, He, argon, engine gas, etc.), captured by the cyclone outlet tube Fig. 7, and filtered by the filter Fig. thus eliminating all particles larger than the filter's pores.
  • the driving gas H2, CO, He, argon, engine gas, etc.
  • the redox reaction is highly exothermic, particularly the reactions between H 2 O and Al but also between CO 2 and Al. Once initiated, these reactions self-maintain.
  • the gas rising in Fig. 7 will absorb the excess heat to regulate the temperature of the reactor.
  • the motor gas, or the oxidizing phase, or both circulates in at least one exchanger Fig. 14 disposed at the conical tube Fig. 12, before being sent into the injection device.
  • This exchanger makes it possible to cool the vortex gas before it rises and to preheat the oxidizing and / or reducing phase.
  • Additional exchangers for example water can be arranged at the conical tube Figl .12 to recover the heat at this level in the form of steam for example. This steam can be used to produce heat or cold.
  • the tube Figl.6 is replaced by two nested tubes Figl .15 and Figl .16, an annular surface Figl .17 connecting a tube end Figl .15 to the wall of the tube Figl. that the walls of the tubes Figl.15 and Figl .7 form an annular chamber.
  • a circular wall 18 connects the other end of the tube Fig. 15 to the contiguous end of the tube Fig. 16 so as to close the space between the two tubes.
  • the means for injecting the oxidizing and reducing phases are disposed on this wall FIG. 18 or at the level of this wall when it is a matter of venturi (vacuum generator) FIG. 9.
  • venturi holes vacuum generator
  • a system of fins or vanes connects the end of the tube Figl .16 to the wall of the tube Figl .7 to define the entry Figl .11 of the vortex cyclone formed by the tube Figl .12.
  • the nested tube system can be repeated several times to form a tube circuit annular winding through the means or excitation device.
  • the reactor comprises a quartz tube, ceramic or other material permeable to micro or electromagnetic field and / or magnetic Fig2.1 such as silicon carbide, boron nitride, zirconium, peek etc, with a diameter of between 1 cm and 50 cm, preferably less than 6 cm in diameter.
  • the particle spray can be obtained using a neutral motor gas such as argon, xenon, kripton, helium or dihydrogen.
  • the engine gas may be supplemented with a cladding gas, for example argon, helium or dihydrogen FIG.
  • the tube passes through at least one plasma excitation device FIG. 2.3.4, such as microwaves, high frequency electric or magnetic field, electronic excitation, electromagnetic radiation, etc., for example the plasma excitation device.
  • waveguide and magnetron such as the tube passing through said excitation device, a plasma is ignited from the spray of particles and gas.
  • the metal oxide spray such as alumina, a percentage of already reduced metal particles such as aluminum particles.
  • the percentage of aluminum particles will be less than 10%. Under the excitement the metal particles will ignite the plasma.
  • the tube bifurcates to form a Y Fig2.19.
  • a hollow electrode preferably forming a pierced inverted cone.
  • One of the electrodes is connected to the positive pole of a generator to form an anode Fig2.20, the other is connected to the negative pole of a generator to form a cathode Fig2.21, for example a potential difference of 15 kV will be maintained between the two electrodes, this potential difference will preferably be adjustable as a function of the plasma temperature and the gas velocity.
  • the positive ions or cations such as A13 + will be attracted to the hollow cathode and pass through it. At the passage of the cathode, these ions will eventually be able to capture an electron to produce a reduced metal such as Al.
  • Negative ions typically O- will be attracted to the hollow anode and will pass through it, passing the negative ions will give an electron to the anode and will be able to recombine in compounds such as 02.
  • the engine gas or cladding such as argon, xeon, helium, will be ionized also, being particularly inert, these elements will be neutralized simply to the electrodes.
  • two magnetic tori such as a coil wound around a ring Fig2.22 or wound in a vortex, may be arranged upstream of each electrode.
  • the current flowing in the coil upstream of the cathode will be such that it will generate a magnetic field causing the positive charges to pass through the center of the torus or magnetic vortex and driving back the negative charges.
  • the current flowing in the coil upstream of the anode will be such that it will generate a magnetic field causing the negative charges to pass through the center of the torus or magnetic vortex and driving back the positive charges.
  • each electrode Downstream of each electrode will optionally be arranged a metal gate through the conduit at the same potential as the electrode Fig.2.23, this grid can neutralize the elements that have not been by the electrode.
  • Undesirable reactions can occur at the cathode including the presence of 0+, O., or H + if there is use of dihydrogen. These elements may generate undesirable interactions with the aluminum formed and oxidize a portion of it to alumina. To increase the efficiency the output of the cathode can be connected to the input of an identical device so as to repeat the selection of positive ions Fig.2.24.
  • a positive annular electrode Fig2.25 is disposed at the injection level of the metal oxide sprays and a transmitter of electron such as an electron gun Fig2.26a, a THT, injects electrons into the plasma or around the plasma.
  • the electron guns 26b are disposed at the level of the injection of the spray so that the electron jet passes through the plasma.
  • the spray additionally comprises particles of alumina, particles selected from sodium fluoride NaF crystals (5 to 10% by mass) of 2 nm to 800 ⁇ m, KF potassium fluoride crystals (5 to 10% by weight), at 10 mass%) of 2nm at ⁇ , aluminum fluoride crystals A1F3 (5 to 10% by mass) of 2 nm to 800 ⁇ m, cryolite particles Na3AlF6 of 2 nm to 800 ⁇ m, crystals of sodium chloride NaCl (5 to 10% by weight) from 2 nm to 800 ⁇ m,
  • Crystals of aluminum chloride A1C13 (5 to 10% by mass) from 2 nm to 800 ⁇ m, carbon particles from 2 nm to 800 ⁇ m.
  • the fluoride and / or chloride anions provided to the plasma aid in the decomposition of AI203 to A13 + and O-.
  • the sodium or potassium cations collected at the cathode at the same time as the A13 + make it possible to improve the reduced Al yield in particular by capturing the 0+.
  • argon is supplemented with dihydrogen and / or helium
  • the alumina is mixed with any combination of NaF, KF, AlF3, AlCl3, Na3AlF6, NaCl, C in proportions ranging, for example, from 0 to 50% by weight.
  • the mixture is mounted at a temperature above 950 ° C, to obtain a heterogeneous molten salt or a heterogeneous partially fused salt.
  • the metal oxide is the metal oxide.
  • the preheating may be performed by induction, by the action of a magnetic or electric field varying at high frequency, by the convection of solar radiation or by a combination of these means.
  • the reactor tube forms a cross fig2.27.
  • a hollow electrode fig2.20-21 forming for example a pierced inverted cone. Possibly upstream of each electrode is arranged a magnetic torus
  • Fig.2.22 such as a coil wound around a ring or wound in a vortex and possibly downstream of the electrode a gate connected to the electrode Fig.2.23.
  • the two branches of the cross can be raised to form a Y Fig5.27. From the cross Fig.2.27, Fig5.27 the reactor tube is continued. After the formation of the plasma at the level of the excitation device, the positive ions will be attracted by the cathode and
  • the negative ions will be attracted by the anode and possibly the torus upstream of said anode.
  • the neutral elements will continue their course in the extension of the high part of the cross forming the conduit of the neutral elements Fif2.28, Fig5.28.
  • the charged ions can be neutralized during their passage in the hollow electrodes, or by their passage in the grids
  • the electron guns disposed downstream of the hollow electrodes 26 may inject electrons into the conduit of the cross arm downstream of the hollow electrodes to neutralize the species.
  • the duct of the neutral elements 28 curves and continues to be connected to the input of an electric or magnetic thruster
  • any type of electric or magnetic thruster may be suitable, for example we will describe the case of a Hall effect thruster Fig2.29, Fig5.29.
  • the Hall effect thruster comprises two interlocking ceramic cylinders Fig.3.30-31. Any kind of ceramic permeable to a magnetic field or an electric field may be suitable without being exhaustive, boron nitride, zirconium, silicon carbide, etc.
  • the outer cylinder Fig. 3.3 will be the wall of the conduit of the neutral elements. Inside the innermost ceramic cylinder Fig3.30 is arranged a winding Fig3.32 and outside the outermost cylinder is disposed another winding Fig3.33 such that when said windings are traversed by an electric current , they generate a radial magnetic field between the intra and extra cylinder windings.
  • an annular anode Fig3.34 pierced with holes.
  • This anode represents the entrance of the Hall effect reactor.
  • An optionally hollow cathode Fig3.35 is set back from the outer cylinder.
  • a tapping and a bifurcation of the neutral elements conduit allow the implantation of said cathode.
  • Part of the electrons ejected from the cathode move towards the anode and are trapped by the lines of the magnetic field around which they wind and make them travel between the two cylinders. Some of these electrons follow a path that takes them from field line to field line, thus forming the hall currents.
  • the electrons traveling between the two cylinders and the Hall electrons will generate shocks with the aluminum atoms from the plasma, but also with residual molecules or possibly alumina particles from the plasma produced by the excitation device of the plasma. plasma. Indeed, during their passage in the plasma alumina particles are reduced to neutral or ionized elements, however there may remain in the plasma alumina molecules or incompletely vaporized particles. Shocks with electrons in the Hall reactor will ionize atoms and alumina molecules, impacted alumina molecules will tend to decompose.
  • an electron gun will generate the electrons Fig3.37 of the Hall thruster, for ionization and a hollow cathode possibly cone Fig3.36 will form a cation trap preferably disposed at 180 ° or 90 ° of the electron gun.
  • the electron gun may include a THT of 15KV. Upstream of the hollow cathode forming the cation trap Fig. 2.36, Fig. 3.3, a torus Fig.2.22, Fig.
  • 3.22 such as a winding wound around a cylinder or in a vortex will be disposed in front of the trap electrode 36
  • the current flowing in the torus will be such that it leads the cations to pass through the center of the torus and repels the anions or electrons.
  • downstream of the capture electrode may be arranged a Fig3.23 grid and possibly a second electron gun to neutralize the cations.
  • the ionization will reach not only the metals such as Al but also the driving gases and oxygen brought by the oxide. Only cations will be ejected from the Hall Booster, possibly A13 +, Ar +, 0+ possibly H + if present. Argon being a noble gas it will neutralize itself without reacting, on the other hand A13 + and 0+ after neutralization, can react one on the other. However, since O is much more electronegative than Al, the production of 0+ will be minimized relative to that of A13 +, and 0+ will be neutralized much faster than A13 + allowing time to collect A13 + at the hollow capture electrode of cations.
  • a venturi vacuum generator
  • the reduced aluminum capture conduits may be connected to the inlet of a second reactor of the metal oxide reduction step for a second reduction / selection cycle of the 'aluminum.
  • the reduced aluminum capture ducts Fig4.38-39 come together in a single duct.
  • the conduit leads tangentially to a cyclone Fig4.40 of diameter preferably between 1 and 20 centimeters in a material having a good thermal conductivity such as copper, silicon carbide, talium or any other compatible material to achieve a heat exchange.
  • a cyclone Fig4.40 of diameter preferably between 1 and 20 centimeters in a material having a good thermal conductivity such as copper, silicon carbide, talium or any other compatible material to achieve a heat exchange.
  • the first third of the cyclone is
  • the cyclone is disposed in an exchanger chamber Fig4.43 in which a gas flows counter-sensitively, preferably argon Fig4.44.
  • the temperature of the exchanger gas will be adjusted so that the aluminum is cooled to a temperature below 2000 ° C and above 660 ° C so as to liquefy it.
  • the exit of the gas tube going back from cyclone Fig4.42 will be
  • the aluminum net flows on a ceramic plate maintained at a temperature of between 660 ° C and 700 ° C.
  • the ceramic plate is connected to a piezoelectric cell, so as to generate ultrasonic vibrations, for example between 16 kHz and 10,000 kHz. In contact with the plate
  • the net is fragmented into micro-droplets and / or nano-droplets depending on the ultrasound frequency applied to the plate.
  • An argon jet at 660 ° C expels the droplets from the plate, a second jet of cold argon carries the spray droplets cooling them.
  • nano-particles thus prepared are then stored in a container optionally in argon or water depending on the diameter of the particles.
  • valve opens into a pommel whose base is formed by a perforated ceramic plate maintained at a temperature of between 660 ° C and 700 ° C.
  • the perforation holes will be between 2 nm and 200 ⁇ m by
  • the plate of the ceramic knob is connected to a piezoelectric cell so as to generate ultrasonic vibrations, for example between 16 kHz and 10,000 kHz.
  • ultrasonic vibrations for example between 16 kHz and 10,000 kHz.
  • the molten aluminum forms droplets that will be chopped at the frequency in nano or micro-droplets with a diameter of between 2 nm and 200 m.
  • An argon jet at a temperature of between 660 ° C and 700 ° C
  • 35 carries the spray droplets.
  • the spray will be cooled by incorporating an argon jet at a temperature below 660 ° C.
  • the suction generated by the venturi effect breaks up the liquid aluminum into droplets of 2 nm to 800 ⁇ m depending on the applied lateral pressure.
  • the outlet of the venturi corresponds to the inlet of a second venturi (vacuum generator) e fed laterally by cold argon at a temperature below 660 ° C. so as to cooling the aluminum droplets in nano and / or microparticles with a size of between 2 nm and 800 ⁇ m ⁇ .
  • particle spray can be concentrated through a vortex tube.
  • the particle spray at the outlet of a venturi will feed the lateral inlet of a vortex tube at a pressure of between 1 and 150 bar.
  • the particles can be fractionated dichotomically by size limit between the hot gas outlet and the cold gas, the limit will depend on the inlet pressure and the adjustment of the vortex tube.
  • the nano or micro-particles of aluminum having a diameter of between 2 nm and 800 ⁇ ⁇ will be stored in a storage medium such as argon in a metal container, polymer, composite, carbon, polyimide ect.
  • a storage medium such as argon in a metal container, polymer, composite, carbon, polyimide ect.
  • nano or micro-particles of aluminum having a diameter between 50 nm and 800 ⁇ will be stored in a storage medium such as liquid water in containers of the same kind as previously.
  • Storage in liquid water or CO 2 will passivate the aluminum to a thickness of 10 nm with release of H2 or CO2 which will eventually have to be removed from the container.
  • the particles passivated by a layer of alumina are less sensitive to oxidation and much more stable; however, to be completely oxidized it requires activation as described above to initiate the reaction. Other activations can be envisaged such as the electric arc produced for example by
  • a compartment Fig5.46 will include the particles for example stored in an argon gas at a pressure PI greater than atmospheric pressure, surrounded by a second container Fig5.47 comprising in space separating the two contaneur, D type extinguisher powder Fig5.48 pressurized
  • valve Fig5.49 or a common lid tare to open or given at a certain pressure.
  • pressure on one of the two components for example, excessive pressure buildup due to fire.
  • the valves or lids yielding causing the mixture in a particle spray of metal and extinguishing powder D towards the outside avoid the explosion and combustion of
  • a container Fig5.50 comprising a type D extinguisher powder will be placed in the container comprising the aluminum particles,
  • This container will have a valve or membrane or valve capable of opening if the temperature or pressure becomes too great in the compartment containing the metal particles such as aluminum particle, so that the powder of the type D and the metal particles can mix.
  • the walls of the container, including the type D powder are not heat resistant, for example
  • the central reservoir 46 included in the container containing a type D powder, comprises a movable piston Fig5.51 separating it in two.
  • the piston will have seals ensuring tightness between the two compartments.
  • the tank Fig5.52 On one side of the piston the tank Fig5.52 will be filled with type D extinguisher powder and a gas such as argon guaranteeing a pressure P pushing for example 70 bar. On the other side of the piston the tank will be filled with metal particles such as aluminum in a gas such as argon or CO2 or in a hydraulic suspension or CO2
  • a magnetic bar is introduced into the compartment comprising the metal particles in order to be able to create agitation in this compartment to homogenize the suspension or the particle / gas mixture.
  • Fig. 5,53 are introduced into the piston, these devices are intended to break or open if the pressure becomes too great in at least one of the compartments on the one hand or on the other. piston, so that the D-type powder and the metal particles mix.
  • the structure of the reservoir is designed to deform in the form of a sphere beyond a certain internal pressure so that the contents of the two compartments can mix.
  • the containers described herein provide a solution for storing and transporting metal powders so that they can be used in fuel, for example in the processes described herein while overcoming the risk of metal fire particularly important for aluminum particles.
  • the double shell that represent the two nested tanks can neutralize the flammable power 10 of a particle spray in case of piercing the tank.
  • the reservoir containing the type D powder will be pierced first, and the type D powder will mix with the metal spray.
  • the described piston reservoir makes it possible, on the one hand, to control the ejection pressure of the metal spray independently of the gas / particle or water / particle formula of the tank containing the metal particles and it also makes it possible to provide a additional safety in case of overpressure in the tank, or piercing of the tank.
  • the Fig2.A-B devices will be in series such as AAA BBB or AB AB or in any combination.
  • the particle spray may be composed of heterogeneous particles of a mixture of particles of different metal oxides, or even of different metals.
  • the temperature of the plasmas and the different electric fields of each stage A or B can be adjusted so as to generate the ionization of specific elements for each stage, and the selection of specific ions for sorting the elements in a mixture of oxide of metal or metal.
  • an infrared or ultraviolet light beam will be converged at the center of the reactor in the plasma excitation zone through a window Fig. 2.54 so as to have a dual source of light. excitation and heating of the plasma, under these conditions the reactor tube will be quartz or sapphire.
  • chromium-plated tantalum or chrome plated ceramic will guide the sunlight to the center of the reactor.
  • D reactor tube made of quartz, ceramic or any other material
  • venturi vacuum generator
  • outer tube made of quartz or ceramic
  • magnetic toroid such as a coil wound around a ring or vortexed 23 grid downstream of each electrode at the same potential as the electrode
  • venturi vacuum generator
  • venturi vacuum generator

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Abstract

Method for releasing and storing energy using metal particles, preferably made of aluminium, of size comprised between 2 nm and 800 µm, for releasing thermal energy and producing dihydrogen and carbon monoxide by oxidation of said particles in a spray possibly within an ionised gas plasma, and for storing energy by reduction of metal oxide, preferably alumina, into particles of metal, preferably of aluminium, of size comprised between 2 nm and 800 µm, said particles being kept in a liquid or gaseous storage medium, the particles being passivated either by an oxide layer or by the storage medium.

Description

PROCÉDÉ DE STOCKAGE ET DE PRODUCTION D'ÉNERGIE PAR RÉDUCTION ET OXYDATION DE PARTICULES D'ALUMINIUM.  METHOD FOR STORING AND GENERATING ENERGY BY REDUCTION AND OXIDATION OF ALUMINUM PARTICLES

Introduction  Introduction

Le stockage de l'énergie électrique reste un des principaux challenges dans les modes de production d'énergies renouvelables alternatives, notamment solaire et éolien. En effet, dans ces modes de production, la ressource solaire ou éolienne n'est généralement pas en phase avec la demande en énergie. Il se pose alors le problème de stocker efficacement l'énergie. The storage of electrical energy remains one of the main challenges in alternative renewable energy production methods, particularly solar and wind. Indeed, in these modes of production, the solar or wind resource is generally not in phase with the energy demand. There is the problem of efficiently storing energy.

Cette problématique est identique pour les véhicules électriques qui doivent stocker avec un haut rendement l'énergie électrique. This problem is the same for electric vehicles that have to store electricity with high efficiency.

Parmi les modes de stockage, le stockage en énergie chimique dans les batteries est le plus utilisé, toutefois les batteries traditionnelles au plomb moins coûteuses sont très polluantes et présentent de faibles rendements de conversion. De plus, le rendement de ces batteries faiblissent à l'utilisation. Des batteries plus efficaces mettant en jeux des éléments rares sont de plus en plus utilisées, mais ces batteries restent très coûteuses, et leur production ainsi que leur recyclage très polluants. Les réserves mondiales en éléments rares entrant dans la fabrication de ces batteries ne permettent pas d'envisager une utilisation pour le stockage de l'énergie à l'échelle d'une population, ni même pour le stockage de l'énergie électrique de véhicule à l'échelle planétaire.  Of the storage modes, storage of chemical energy in batteries is the most used, however the least expensive traditional lead batteries are highly polluting and have low conversion efficiencies. In addition, the performance of these batteries falter on use. More efficient batteries using rare elements are increasingly used, but these batteries are very expensive, and their production and recycling very polluting. The world reserves of rare elements used in the manufacture of these batteries do not make it possible to envisage a use for the storage of energy at the level of a population, or even for the storage of the electrical energy of a vehicle. the planetary scale.

Un nouveau type de stockage de l'énergie dans des sels fondus est actuellement utilisé pour les centrales thermosolaire, bien que représentant une alternative intéressante au stockage traditionnel dans des piles, cette méthode de stockage est limitée aux technologies thermiques et présente un rendement de conversion faible. De plus, les installations sont de taille importante et difficilement miniaturisables.  A new type of energy storage in molten salts is currently used for solar power plants, although it is an interesting alternative to traditional storage in batteries, this storage method is limited to thermal technologies and has a low conversion efficiency . In addition, the facilities are large and difficult to miniaturize.

Le stockage de l'énergie électrique par production de dihydrogène, qui sera par la suite brûlé dans des turbines ou des moteurs pour produire une énergie électrique ou mécanique, ou encore convertie en énergie électrique dans des piles à combustion, semble une des solutions les plus prometteuses pour le stockage de l'énergie, notamment renouvelable. Néanmoins, la production de dihydrogène et le stockage de celui-ci restent encore problématiques.  The storage of electrical energy by the production of hydrogen, which will subsequently be burned in turbines or engines to produce electrical or mechanical energy, or converted into electrical energy in fuel cells, seems to be one of the most effective solutions. promising for the storage of energy, especially renewable. Nevertheless, the production of dihydrogen and the storage of it still remain problematic.

La majeure partie du dihydrogène produit dans le monde provient de l'utilisation du pétrole, ce qui n'en fait pas une énergie renouvelable pour l'instant.  Most of the dihydrogen produced in the world comes from the use of oil, which does not make it a renewable energy for the moment.

Une première centrale solaire réalisée en Corse stocke l'énergie électrique en dihydrogène par électrolyse de l'eau de mer. Cet hydrogène étant utilisé ultérieurement pour produire de l'électricité à la demande grâce à une pile à combustion.  A first solar plant in Corsica stores electrical energy in hydrogen by electrolysis of seawater. This hydrogen is used later to produce electricity on demand through a fuel cell.

En plus du rendement de conversion médiocre pour l'électrolyse, se pose le problème du stockage de l'hydrogène à grande échelle, la molécule de dihydrogène étant extrêmement petite, la plupart des réservoirs conçus pour le stocker fuit à plus ou moins long terme, ce qui explique en partie le faible développement des technologies à hydrogène.  In addition to the poor conversion efficiency for electrolysis, there is the problem of hydrogen storage on a large scale, the hydrogen molecule being extremely small, most reservoirs designed to store it leak more or less long term, which partly explains the low development of hydrogen technologies.

De nouvelles formes de stockage de l'hydrogène sont en cours de développement, notamment solide sous forme d'hydrure de métaux alcalin tel que de Mg ou le Na. New forms of storage of hydrogen are being developed, especially solid in the form of alkali metal hydride such as Mg or Na.

Mais ces composés ne diminuent pas la dangerosité de l'hydrogène, en effet, les hydrures sont souvent pyrophoriques, et le gaz hydrogène est quant à lui extrêmement inflammable.But these compounds do not reduce the danger of hydrogen, in fact, the hydrides are often pyrophoric, and hydrogen gas is itself extremely flammable.

Une solution envisageable pour l'utilisation de l'hydrogène consisterait donc à le préparer extern poranément, à_partir de l'eau par exemple^ juste avant son utilisation. A possible solution for the use of hydrogen would therefore be to prepare extern externally, from water for example ^ just before use.

L'énergie nécessaire à la production d'hydrogène étant apportée par une réaction d'oxydo- réduction, par exemple avec un métal alcalin tel que Mg, NA, K etc, le métal oxydé étant régénéré ultérieurement par exemple à partir d'un laser très énergétique, cette hypothèse a été imaginée dans le cadre du projet laser solaire développé pour régénérer l'oxyde de magnésium. The energy required for the production of hydrogen is provided by an oxidation-reduction reaction, for example with an alkali metal such as Mg, Na, K, etc., the oxidized metal being subsequently regenerated, for example from a laser very energetic, this hypothesis was imagined in the context of the solar laser project developed to regenerate magnesium oxide.

Toutefois, les métaux alcalins ne se prêtent guère au stockage 4e ¾'énergie en raison de leur dangerosité et de leur extrême réactivité. However, alkali metals do not lend themselves to the storage of energy because of their dangerousness and extreme reactivity.

En revanche, l'aluminium avec un potentiel redox de 1 ,61 , pourrait être un bon candidat car beaucoup moins réactif. Mais l'aluminium très réactif vis-à-vis de l'eau ou l'oxygène de l'air, est très vite passivé par une couche d'alumine A1203 de 10 nanomètres d'épaisseur. Cette propriété rend difficile une oxydation en profondeur d'objet en aluminium et donc une récupération de toute l'énergie d'oxydoréduction. D'autre part, l'énergie nécessaire pour régénérer l'aluminium par réduction par les techniques d'électrolyse classique d'alumine A1203 est de 13,5MWh/ tonne en raison des pertes par effet Joule, alors qu'en théorie elle ne devrait être que de 5,56 MWh/ tonne. On the other hand, aluminum with a redox potential of 1.61 could be a good candidate because it is much less reactive. But aluminum, which is very reactive with water or oxygen in the air, is quickly passivated by a layer of alumina A1203 10 nanometers thick. This property makes it difficult to deeply oxidize the aluminum object and thus recover all the redox energy. On the other hand, the energy required to regenerate the aluminum by reduction by the conventional electrolysis techniques of A1203 alumina is 13.5 MWh / ton because of the losses by Joule effect, whereas in theory it should not to be only 5.56 MWh / ton.

Pour contourner ces problématiques limitant l'utilisation de l'aluminium comme support pour stocker et produire de l'énergie, nous proposons une procédé qui permet d'une part, l'oxydation plus complète de l'aluminium en opérant cette oxydation sur des particules d'aluminium, et sous l'action d'une excitation telle que haute fréquence ou micro-ondes, cette oxydation s'opérant éventuellement au sein d'un plasma de gaz ionisé, et d'autre part d'opérer la réduction de l'alumine dans un plasma de gaz, soumis à au moins un champ électrique et/ou magnétique afin de trier les ions positifs d'aluminium des autres ions de plasma.  To circumvent these problems limiting the use of aluminum as a support for storing and producing energy, we propose a process that allows, on the one hand, the more complete oxidation of aluminum by operating this oxidation on particles. of aluminum, and under the action of an excitation such as high frequency or microwaves, this oxidation possibly occurring within an ionized gas plasma, and secondly to operate the reduction of Alumina in a gas plasma, subjected to at least one electric and / or magnetic field for sorting the positive aluminum ions from the other plasma ions.

Le procédé tirera profit de systèmes de propulsion ionique à plasma, afin de produire et de trier les ions de d'aluminium. Le procédé peut être appliqué à d'autres métaux que l'aluminium pour obtenir un métal réduit.  The process will take advantage of plasma ion propulsion systems to produce and sort aluminum ions. The process can be applied to other metals than aluminum to obtain a reduced metal.

1) Le procédé comprend dans une première étape, d'une part la génération d'un spray de particules de métal typiquement d'aluminium constituant la phase réductrice, tel que la taille des particules soit préférentiellement comprise entre 2 nm et 800 /<ra et d'autre part, un oxydant gazeux ou liquide pulvérisé en spray, constituant la phase oxydante, préférentiellement de l'eau, du C02 ou un mélange de ces deux composés. Au moins une des deux phases sera activée par un moyen d'excitation tel qu'une irradiation électromagnétique, tel qu'un rayonement laser, rayonnement solaire, micro-ondes, radio fréquence, champ électrique variant à haute fréquence, champ magnétique variant à haute fréquence ou toute combinaison de ces moyens d'excitation. L'activation de la au moins une phase pourra aller jusqu'à atteindre la formation d'un gaz ou d'un plasma tel que l'oxydation du métal soit complète et notamment l'oxydation de l'aluminium en alumine. 1) The method comprises, in a first step, on the one hand the generation of a spray of metal particles typically of aluminum constituting the reducing phase, such that the size of the particles is preferably between 2 nm and 800 μm. and secondly, a spray gaseous or liquid oxidant constituting the oxidizing phase, preferentially water, CO 2 or a mixture of these two compounds. At least one of the two phases will be activated by an excitation means such as electromagnetic irradiation, such as laser radiation, solar radiation, microwaves, radio frequency, high frequency electric field, magnetic field varying at high frequency. frequency or any combination of these excitation means. The activation of the at least one phase may go as far as to reach the formation of a gas or a plasma such that the oxidation of the metal is complete and in particular the oxidation of aluminum to alumina.

Lorsque la phase oxydante est du H20 When the oxidizing phase is H20

la réaction attendue est the expected reaction is

2 Al + 3 H20→ A1203 + 3 H2  2 Al + 3 H20 → A1203 + 3 H2

Lorsque la phase oxydante est du C02  When the oxidizing phase is C02

La réaction attendue The expected reaction

est is

2 Al + 3 C02→ A1203 + 3 CO  2 Al + 3 CO 2 → Al 2 O 3 + 3 CO

Dans les plasmas les recombinaisons pourront se faire au niveau élémentaire de Al, H, O, C ou des ions ou des radicaux équivalents présents dans les plasmas.  In the plasmas recombinations can be done at the elemental level of Al, H, O, C or ions or equivalent radicals present in the plasmas.

Le spray de particules pourra être obtenu à l'aide d'un gaz rare tel que argon, xeon, kripton. Dans certains modes de réalisation, le spray de particules sera réalisé avec le gaz oxydant tel que C02, H20, CO vapeur d'eau, un mélange de ces gaz ou encore à partir d'une suspension dans de l'eau des particules de métal. Dans ces cas particuliers, un seul spray mélangeant l'oxydant et le réducteur peuvent être utilisés. Dans d'autres modes de réalisation le spray de particule sera obtenu à partir de C02, alors que la phase oxydante comprendra un spray d'eau ou de la vapeur d'eau, éventuellement du CO, l'eau étant cinq fois plus réactive que le C02 l'oxydation s'opérera alors essentiellement par l'eau.  The particle spray can be obtained using a rare gas such as argon, xeon, kripton. In some embodiments, the particle spray will be made with the oxidizing gas such as CO 2, H 2 O, CO, water vapor, a mixture of these gases, or from a suspension in water of the metal particles. . In these particular cases, a single spray mixing the oxidant and the reducing agent can be used. In other embodiments, the particle spray will be obtained from CO 2, while the oxidizing phase will comprise a spray of water or water vapor, possibly CO, the water being five times more reactive than CO 2 oxidation will then occur essentially by water.

2) Le procédé comprend dans une deuxième étape la génération d'un spray de particules d'oxydes métalliques typiquement d'alumine, activé en plasma par un moyen tel que irradiation électromagnétique, rayonnement laser, rayonnement solaire, micro-onde, radio fréquence, champ électrique variant à haute fréquence, champ magnétique variant à haute fréquence, interaction avec des électrons ou toute combinaison de ces moyens. Les éléments activés sont alors soumis à des champs électriques, magnétiques ou une combinaison de ces champs, de manière à séparer les ions positifs du reste des éléments du plasma ou du mélange de particules élémentaires, éventuellement à séparer les ions négatifs des autres éléments du plasma ou du mélange de particules élémentaires. 2) The method comprises, in a second step, the generation of a spray of particles of metal oxides typically of alumina, activated in plasma by a means such as electromagnetic irradiation, laser radiation, solar radiation, microwave, radio frequency, high frequency electric field, high frequency magnetic field, interaction with electrons or any combination thereof. The activated elements are then subjected to electric or magnetic fields or a combination of these fields, so as to separate the positive ions from the rest of the elements of the plasma or the mixture of elementary particles, possibly to separate the negative ions from the other elements of the plasma. or a mixture of elementary particles.

Le spray de particules d'oxydes métalliques, typiquement d'alumine, sera obtenu avec un gaz neutre tel que argon, kripton. l'utilisation de l'argon présente l'avantage de faciliter la formation du plasma grâce à ses propriétés plasmagènes.  The spray of particles of metal oxides, typically alumina, will be obtained with a neutral gas such as argon, kripton. the use of argon has the advantage of facilitating plasma formation by virtue of its plasmagenic properties.

3) Dans un mode de réalisation particulier, le réacteur de la première étape comprend un tube Figl .l en quartz, céramique ou tout autre matériau perméable aux micro-ondes ou au champ électrique et/ou magnétique tel que carbure de silicium, nitrure de bore, zirconium, peek ect, de diamètre compris entre 1cm et 50 cm préférentiel lement de diamètre inférieur à 6 cm. A la base du tube est disposé un dispositif Figl .2 pour injecter un spray de particules métalliques, typiquement des particules d'aluminium comprises entre 2 nm et 800 μνη. Il pourra s'agir d'un simple gicleur, le spray de particules pourra être obtenu à l'aide d'un gaz moteur neutre tel que argon. Dans un mode de réalisation particulier, le gaz pourra être du C02, Dans certains modes de réalisation un oxydant liquide en spray, tel que l'eau, est introduit par le même gicleur Figl .2. Dans d'autres modes de réalisation un second gicleur peut être utilisé pour la phase oxydante, cet oxydant peut être du C02, du CO ou de la vapeur d'eau ou un spray d'eau. Dans d'autres modes de réalisation, de la vapeur d'eau le CO ou le C02 peut remplacer l'argon comme gaz moteur. Différentes variantes peuvent utiliser un mélange quelconque de ces gaz.  3) In a particular embodiment, the reactor of the first step comprises a FIG. 11 tube made of quartz, ceramic or any other material permeable to microwaves or to the electric and / or magnetic field, such as silicon carbide, nitride boron, zirconium, peek ect, of diameter between 1 cm and 50 cm preferably of diameter less than 6 cm. At the base of the tube is a Figl .2 device for injecting a spray of metal particles, typically aluminum particles between 2 nm and 800 μνη. It may be a simple nozzle, the particle spray may be obtained using a neutral motor gas such as argon. In a particular embodiment, the gas may be CO.sub.2. In some embodiments, a liquid oxidant spray, such as water, is introduced by the same nozzle FIG. In other embodiments a second nozzle may be used for the oxidizing phase, this oxidant may be CO 2, CO or water vapor or a water spray. In other embodiments, water vapor CO or CO 2 may replace argon as the driving gas. Different variants may use any mixture of these gases.

4) dans un mode de réalisation particulier, le tube en quartz ou céramique traverse perpendiculairement au moins un guide d'onde Figl .3 , aux extrémités duquel est fixé au moins un générateur de micro-ondes Figl .4 ou magnétron tel que les micro-ondes émises traversent le guide d'onde formant le dispositif d'excitation. Les micro-ondes utilisées pourront avoir n'importe quelle valeur dans la gamme des micro-ondes de 1 à 300 GHz. Le guide d'onde pourra avantageusement être remplacé ou complété par un downstream 3 comprenant des pistons de réglage. Les gaz et particules traversant le guide d'onde subissent un échauffement vaporisant les matières, jusqu'à éventuellement les transformer en plasma permettant ainsi l'oxydation complète du métal par des oxydants tel que C02, H20, éventuellement CO et la réduction des oxydants, selon l'oxydant utilisé en dihydrogène H2, monoxyde de carbone CO éventuellement carbone et une très grande quantité de chaleur qui sera évacuée dans les gaz produits ou dans les gaz moteurs utilisés pour réaliser les sprays. La chaleur des gaz pourra être récupérée pour produire de l'énergie (électrique, mécanique ect), les gaz produits pourront être turbinés ou utilisés tels que pour Η2 dans des piles à combustible ou pour d'autres utilisations industrielles. Lorsque le C02 est Utilisé comme oxydant, l'ajout de vapeur d'eau ou d'un spray d'eau au travers d'un venturi (générateur de vide) Figl .5 disposé par exemple après le guide d'onde, pourra produire du dihydrogène par la réaction suivante/  4) in a particular embodiment, the quartz or ceramic tube crosses perpendicularly at least one waveguide Figl .3, at the ends of which is fixed at least one microwaves generator Figl .4 or magnetron such as micro emitted waves pass through the waveguide forming the excitation device. The microwaves used may have any value in the range of microwaves from 1 to 300 GHz. The waveguide may advantageously be replaced or supplemented by a downstream 3 comprising adjusting pistons. The gases and particles passing through the waveguide undergo a heating vaporizing the materials, until possibly transforming them into plasma thus allowing the complete oxidation of the metal by oxidants such as CO 2, H 2 O, optionally CO and the reduction of the oxidants, depending on the oxidant used in H2 hydrogen, carbon monoxide CO possibly carbon and a very large amount of heat that will be evacuated in the gases produced or in the engine gases used to make the sprays. The heat of the gases can be recovered to produce energy (electrical, mechanical ect), the gases produced can be turbined or used as for Η2 in fuel cells or for other industrial uses. When the CO 2 is used as an oxidant, the addition of steam or a water spray through a venturi (vacuum generator) Fig. 5 disposed for example after the waveguide, can produce of the dihydrogen by the following reaction /

CO + H20→ C02 + H2  CO + H20 → C02 + H2

Lorsque du monoxyde de carbone est utilisé comme oxydant  When carbon monoxide is used as oxidant

3CO + 2A1→ A1203 + 3C 3CO + 2A1 → A1203 + 3C

le carbone produit pourra être utilisé comme combustible ou pourra être utilisé dans l'industrie the carbon produced can be used as fuel or can be used in industry

5) dans certains modes de réalisation le au moins un guide d'onde et le au moins un magnétron seront complétés ou remplacés par au moins un solénoïde enserrant le tube relié à un générateur haute fréquence et permettant d'injecter un champ magnétique variant haute fréquence dans le tube de fréquence comprises entre 10 Hz et 1GHz. Les particules métalliques permettent l'allumage spontané des plasmas. 5) in some embodiments the at least one waveguide and the at least one magnetron will be completed or replaced by at least one solenoid enclosing the tube connected to a high frequency generator and for injecting a high frequency varying magnetic field in the frequency tube between 10 Hz and 1GHz. The metal particles allow the spontaneous ignition of plasmas.

6) Dans certains modes de réalisation, un tube en quartz ou céramique Figl .6 comprend une second tube en quartz ou céramique Figl .7 tel que le tube Figl.7 dépasse de part et d'autre du tube Figl .6. Une des extrémités du tube Figl .6 est fermée par une paroi Figl .8 qui rejoint la paroi du tube Figl .7. Au niveau ou à proximité de cette paroi est disposé le point d'injection des phases oxydantes et réductrices tel que gicleur ou tout autre moyen d'injection. Dans certains modes de réalisation, l'injection se fait au travers d'un venturi (générateur de vide) Figl .9 dont les trous sont dirigés vers le bas Figl .10 et disposés en extrémité du tube Figl.6. A l'autre extrémité du tube Figl .6 est disposé un système d'ailettes ou d'aubes Figl .11 , obligeant les gaz, sprays ou plasmas se détendant dans le tube Figl .6 à adopter une circulation en vortex en passant au travers desdites aubes ou ailettes. Le tube Figl .6 traverse un dispositif d'excitation tel que générateur haute fréquence, guide d'onde Fi g 1.3 et micro-ondes etc . Le tube Fi l.6 se continue après les aubes par un tube se terminant par un cône Figl .12. Le tube Figl .7 continue au-delà des aubes ou ailettes jusqu'au premier tiers du tube Figl .12 se terminant en cône, ce dernier formant un cyclone. Dans le tube Figl .7 est disposé un filtre de céramique Figl .13 capable de capturer des particules d'alumine, par exemple avec des pores de 2 nm de diamètre.  In some embodiments, a quartz or ceramic tube Fig. 6 comprises a second quartz or ceramic tube Fig. 7 such that the tube Fig. 7 extends beyond both sides of the tube Fig. 6. One of the ends of the tube Fig. 6 is closed by a wall Fig. 8 which joins the wall of the tube Fig. 7. At or near this wall is arranged the injection point of the oxidizing and reducing phases such as nozzle or any other injection means. In some embodiments, the injection is through a venturi (vacuum generator) Figl .9 whose holes are directed down Figl .10 and arranged at the end of the tube Figl.6. At the other end of the tube Fig. 6 is arranged a system of fins or blades Fig. 11, causing the gases, sprays or plasmas relaxing in the tube Fig. 6 to adopt a vortex flow passing through said vanes or fins. The tube Fig. 6 passes through an excitation device such as a high frequency generator, a waveguide F1, 1.3 and microwave, and the like. The tube Fi l.6 continues after the blades by a tube ending in a cone Figl .12. The tube Figl .7 continues beyond the blades or fins to the first third of Figl tube 12 ending in a cone, the latter forming a cyclone. In the FIG. 7 tube is arranged a Figl ceramic filter 13 capable of capturing alumina particles, for example with pores of 2 nm in diameter.

Lorsque les phases oxydante et réductrice sont injectées dans le tube Figl .6 en traversant le dispositif d'excitation les réducteurs et/ou oxydants sont activés éventuellement jusqu'à former un plasma entraînant l'oxydation du métal typiquement l'aluminium en alumine. Les gaz, plasmas et particules d'oxyde déjà formés ou particules de métal non vaporisées ou non oxydées, sont entraînés en formant un vortex dans le tube Figl.12 conique au travers des aubes Figl .11 . Au fond du tube conique Figl .12 une colonne de gaz remontant se forme, captée par le tube Figl .7, les particules les plus grandes sont piégées au fond du cône du tube Figl .12. Le gaz remontant dont la composition dépend de la phase oxydante et du gaz moteur (H2, CO, He, argon, gaz moteur etc.), capté par le tube Figl .7 de sortie de cyclone, et filtré par le filtre Figl .13, éliminant ainsi toutes les particules de taille supérieure aux pores du filtre. En traversant à nouveau le dispositif d'excitation le métal d'aluminium non oxydé peut encore être oxydé. Le dihydrogène et/ou monoxyde de carbone qui traversent de nouveau le dispositif d'excitation seront à nouveau échauffés par les micro-ondes ou le champ variant et formeront un plasma permettant d'éliminer les éventuelles particules restées inoxydées transportées avec le gaz remontant. When the oxidizing and reducing phases are injected into the FIG. 6 tube while passing through the excitation device, the reducing agents and / or oxidizing agents are optionally activated until a plasma is formed which causes the oxidation of the metal, typically aluminum, to become alumina. The already formed gases, plasmas and oxide particles or non-vaporized or non-oxidized metal particles are vortexed into the conical tube Fig. 12 through the blades Fig. 11. At the bottom of the conical tube Fig. 12, a column of ascending gas is formed, captured by the tube Fig. 7, the larger particles are trapped at the bottom of the cone of the tube Fig. 12. The rising gas whose composition depends on the oxidizing phase and the driving gas (H2, CO, He, argon, engine gas, etc.), captured by the cyclone outlet tube Fig. 7, and filtered by the filter Fig. thus eliminating all particles larger than the filter's pores. By crossing the excitation device again the unoxidized aluminum metal can be further oxidized. The dihydrogen and / or carbon monoxide which again pass through the excitation device will again be heated by the microwaves or the varying field and will form a plasma to remove any remaining stainless particles transported with the rising gas.

La réaction d'oxydoréduction est très exothermique, particulièrement les réactions entre le H20 et Al mais aussi celle entre C02 et Al . Une fois initiées, ces réactions s'autoentretiennent. Le gaz remontant dans Figl .7 absorbera l'excédant de chaleur permettant de réguler la température du réacteur. Dans certains modes de réalisation le gaz moteur, ou la phase oxydante, ou les deux, circule dans au moins un échangeur Figl .14 disposé au niveau du tube conique Figl .12, avant d'être envoyé dans le dispositif d'injection. The redox reaction is highly exothermic, particularly the reactions between H 2 O and Al but also between CO 2 and Al. Once initiated, these reactions self-maintain. The gas rising in Fig. 7 will absorb the excess heat to regulate the temperature of the reactor. In some embodiments, the motor gas, or the oxidizing phase, or both, circulates in at least one exchanger Fig. 14 disposed at the conical tube Fig. 12, before being sent into the injection device.

Cet échangeur permet de refroidir le gaz du vortex avant sa remontée et de préchauffer la phase oxydante et/ou réductrice. Des échangeurs supplémentaires par exemple à eau peuvent être disposés au niveau du tube conique Figl .12 pour récupérer la chaleur à ce niveau sous forme de vapeur par exemple. Cette vapeur pourra être utilisée pour produire de la chaleur ou du froid.  This exchanger makes it possible to cool the vortex gas before it rises and to preheat the oxidizing and / or reducing phase. Additional exchangers for example water can be arranged at the conical tube Figl .12 to recover the heat at this level in the form of steam for example. This steam can be used to produce heat or cold.

7) Dans un mode de réalisation particulier le tube Figl.6 est remplacé par deux tubes emboîtés Figl .15 et Figl .16, une surface annulaire Figl .17 reliant une extrémité de tube Figl .15 à la paroi du tube Figl .7 tel que les parois des tubes Figl.15 et Figl .7 forment une chambre annulaire. Une paroi circulaire 18 relie l'autre extrémité du tube Figl .15 à l'extrémité contiguë du tube Figl .16 de manière à clore l'espace entre les deux tubes. Les moyens d'injection des phases oxydantes et réductrices sont disposés sur cette paroi Figl .18 ou au niveau de cette paroi quand il s'agit de venturi (générateur de vide) Figl .9. Pour cette dernière solution les trous du venturi (générateur de vide) sont dirigés vers le haut. Un système d'ailettes ou aubes relie l'extrémité du tube Figl .16 à la paroi du tube Figl .7 afin de définir l'entrée Figl .11 du cyclone à vortex formé par le tube Figl .12. Le système de tubes emboîtés peut être répété plusieurs fois pour former un circuit de tube annulaire serpentant au travers du moyen ou dispositif d'excitation. 7) In a particular embodiment the tube Figl.6 is replaced by two nested tubes Figl .15 and Figl .16, an annular surface Figl .17 connecting a tube end Figl .15 to the wall of the tube Figl. that the walls of the tubes Figl.15 and Figl .7 form an annular chamber. A circular wall 18 connects the other end of the tube Fig. 15 to the contiguous end of the tube Fig. 16 so as to close the space between the two tubes. The means for injecting the oxidizing and reducing phases are disposed on this wall FIG. 18 or at the level of this wall when it is a matter of venturi (vacuum generator) FIG. 9. For the latter solution the venturi holes (vacuum generator) are directed upwards. A system of fins or vanes connects the end of the tube Figl .16 to the wall of the tube Figl .7 to define the entry Figl .11 of the vortex cyclone formed by the tube Figl .12. The nested tube system can be repeated several times to form a tube circuit annular winding through the means or excitation device.

8) Dans un mode de réalisation particulier de l'étape de stockage de l'énergie par la réduction de l'oxyde de métal typiquement l'alumine en aluminium, le réacteur comprend un tube en quartz, céramique ou tout autre matériau perméable aux micro-ondes ou au champ électrique et/ou magnétique Fig2.1 tel que carbure de silicium, nitrure de bore, zirconium, peek etc, de diamètre compris entre 1cm et 50 cm préférentiellement de diamètre inférieur à 6 cm. A la base du tube est disposé un dispositif pour injecter Fig2.2 un spray de particules d'oxyde métallique, typiquement des particules d'alumine comprise entre 2 nm et 800 μπι. Il pourra s'agir d'un simple gicleur, au encore de système de venturi (générateur de vide). Le spray de particules pourra être obtenu à l'aide d'un gaz moteur neutre tel que l'argon, le xéon, le kripton, l'hélium ou par le dihydrogène. Dans un mode de réalisation particulier le gaz moteur pourra être complété par un gaz de gainage par exemple de l'argon, de l'hélium ou du dihydrogène Fig2.18. Le tube traverse au moins un dispositif d'excitation de plasma Fig2.3,4, tel que micro-ondes, champ électrique ou magnétique variant à haute fréquence, excitation électronique, rayonnement électromagnétique etc, par exemple le dispositif d'excitation de plasma, guide d'onde et magnétron, tel que le tube traversant ledit dispositif d'excitation, un plasma s'allume à partir du spray de particules et de gaz. Pour permettre au plasma de s'allumer plus facilement, est ajouté au spray d'oxyde de métal tel que d'alumine, un pourcentage de particules de métal déjà réduit tel que des particules d'aluminium. Préférentiellement le pourcentage de particules d'aluminium sera inférieur à 10 %. Sous l'excitation les particules de métal allumeront le plasma. Après le dispositif d'excitation, le tube subit une bifurcation pour former un Y Fig2.19. Sur chaque branche du Y est disposée une électrode creuse formant de préférence un cône inversé percé. Une des électrodes est reliée au pôle positif d'un générateur pour former une anode Fig2.20, l'autre est reliée au pôle négatif d'un générateur pour former une cathode Fig2.21 , par exemple une différence de potentiel de 15 kV sera maintenue entre les deux électrodes, cette différence de potentiel sera préférentiellement ajustable en fonction de la température du plasma et de la vitesse du gaz. Après pulvérisation du spray en gaz et ionisation dudit gaz en plasma, les ions positifs ou cations tels que que A13+ seront attirés par la cathode creuse et la traverseront. Au passage de la cathode, ces ions pourront éventuellement capturer un électron pour produire un métal réduit tel que Al. Les ions négatifs typiquement O- seront attirés par l'anode creuse et la traverseront, au passage les ions négatifs céderont un électron à l'anode et pourront se recombiner en composés tel que 02. Le gaz moteur ou de gainage tel que argon, xéon, hélium, seront ionisés également, étant particulièrement inertes, ces éléments seront neutralisés simplement aux électrodes. Afin de mieux filtrer les ions deux tores magnétiques, tel une bobine enroulée autour d'un anneau Fig2.22 ou enroulée en vortex, seront éventuellement disposée en amont de chaque électrode. Le courant circulant dans la bobine en amont de la cathode sera tel qu'il générera un champ magnétique entraînant les charges positives à passer au centre du tore ou du vortex magnétique et refoulant les charges négatives. Inversement, le courant circulant dans la bobine en amont de l'anode sera telle qu'il générera un champ magnétique entraînant les charges négatives à passer au centre du tore ou du vortex magnétique et refoulant les charges positives.  8) In a particular embodiment of the energy storage step by the reduction of the metal oxide typically alumina aluminum, the reactor comprises a quartz tube, ceramic or other material permeable to micro or electromagnetic field and / or magnetic Fig2.1 such as silicon carbide, boron nitride, zirconium, peek etc, with a diameter of between 1 cm and 50 cm, preferably less than 6 cm in diameter. At the base of the tube is arranged a device for injecting Fig2.2 a spray of metal oxide particles, typically alumina particles between 2 nm and 800 μπι. It may be a simple nozzle, still a venturi system (vacuum generator). The particle spray can be obtained using a neutral motor gas such as argon, xenon, kripton, helium or dihydrogen. In a particular embodiment, the engine gas may be supplemented with a cladding gas, for example argon, helium or dihydrogen FIG. The tube passes through at least one plasma excitation device FIG. 2.3.4, such as microwaves, high frequency electric or magnetic field, electronic excitation, electromagnetic radiation, etc., for example the plasma excitation device. waveguide and magnetron, such as the tube passing through said excitation device, a plasma is ignited from the spray of particles and gas. To allow the plasma to be more easily ignited, is added to the metal oxide spray such as alumina, a percentage of already reduced metal particles such as aluminum particles. Preferably, the percentage of aluminum particles will be less than 10%. Under the excitement the metal particles will ignite the plasma. After the excitation device, the tube bifurcates to form a Y Fig2.19. On each branch of the Y is disposed a hollow electrode preferably forming a pierced inverted cone. One of the electrodes is connected to the positive pole of a generator to form an anode Fig2.20, the other is connected to the negative pole of a generator to form a cathode Fig2.21, for example a potential difference of 15 kV will be maintained between the two electrodes, this potential difference will preferably be adjustable as a function of the plasma temperature and the gas velocity. After spraying the spray with gas and ionizing said plasma gas, the positive ions or cations such as A13 + will be attracted to the hollow cathode and pass through it. At the passage of the cathode, these ions will eventually be able to capture an electron to produce a reduced metal such as Al. Negative ions typically O- will be attracted to the hollow anode and will pass through it, passing the negative ions will give an electron to the anode and will be able to recombine in compounds such as 02. The engine gas or cladding such as argon, xeon, helium, will be ionized also, being particularly inert, these elements will be neutralized simply to the electrodes. In order to better filter the ions two magnetic tori, such as a coil wound around a ring Fig2.22 or wound in a vortex, may be arranged upstream of each electrode. The current flowing in the coil upstream of the cathode will be such that it will generate a magnetic field causing the positive charges to pass through the center of the torus or magnetic vortex and driving back the negative charges. Conversely, the current flowing in the coil upstream of the anode will be such that it will generate a magnetic field causing the negative charges to pass through the center of the torus or magnetic vortex and driving back the positive charges.

En aval de chaque électrode sera éventuellement disposée une grille métallique au travers du conduit au même potentiel que l'électrode Fig2.23, cette grille permet de neutraliser les éléments qui ne l'ont pas été par l'électrode. Downstream of each electrode will optionally be arranged a metal gate through the conduit at the same potential as the electrode Fig.2.23, this grid can neutralize the elements that have not been by the electrode.

Des réactions indésirables peuvent se produire à la cathode notamment la présence de 0+, de O. , ou encore de H+ si il y a utilisation de dihydrogène. Ces éléments pourront générer des interactions indésirables avec l'aluminium formé et oxyder une partie de celui-ci en alumine. Pour augmenter le rendement la sortie de la cathode peut être branchée à l'entrée d'un dispositif identique de manière à répéter la sélection d'ions positifs Fig2.24.  Undesirable reactions can occur at the cathode including the presence of 0+, O., or H + if there is use of dihydrogen. These elements may generate undesirable interactions with the aluminum formed and oxidize a portion of it to alumina. To increase the efficiency the output of the cathode can be connected to the input of an identical device so as to repeat the selection of positive ions Fig.2.24.

9) Dans un mode de réalisation particulier du réacteur de l'étape de réduction de l'oxyde de métal, une électrode annulaire positive Fig2.25 est disposée au niveau de l'injection des sprays d'oxyde de métal et un émetteur d'électron tel que un canon à électrons Fig2.26a, une THT, injecte des électrons dans le plasma ou autour du plasma. Dans d'autres modes de réalisation le canons à électron 26b est disposé au niveau de l 'injection du spray de manière à ce que le jet d'électron travers le plasma 9) In a particular embodiment of the reactor of the step of reducing the metal oxide, a positive annular electrode Fig2.25 is disposed at the injection level of the metal oxide sprays and a transmitter of electron such as an electron gun Fig2.26a, a THT, injects electrons into the plasma or around the plasma. In other embodiments, the electron guns 26b are disposed at the level of the injection of the spray so that the electron jet passes through the plasma.

10) Dans certains modes de réalisation le spray comprend en plus des particules d'alumine, 5 des particules choisies parmi des cristaux de fluorure de sodium NaF (5àl0 % massique) de 2nm à 800 πι, des cristaux de fluor de potassium KF (5 àlO % massique) de 2nm à ΒΌΟμνη, des cristaux de fluorure d'aluminium A1F3 (5 à 10% massique) de 2nm à 800^m, des particules de cryolite Na3AlF6 de 2nm à 800/^m, des cristaux de chlorure de sodium NaCl (5 àl 0 % massique) de 2nm à 800 ιη,  In some embodiments, the spray additionally comprises particles of alumina, particles selected from sodium fluoride NaF crystals (5 to 10% by mass) of 2 nm to 800 μm, KF potassium fluoride crystals (5 to 10% by weight), at 10 mass%) of 2nm at ΒΌΟμνη, aluminum fluoride crystals A1F3 (5 to 10% by mass) of 2 nm to 800 μm, cryolite particles Na3AlF6 of 2 nm to 800 μm, crystals of sodium chloride NaCl (5 to 10% by weight) from 2 nm to 800 μm,

10 Des cristaux de chlorure d'aluminium A1C13 (5 à 10 % massique) de 2nm à 800 m, des particule de carbone de 2nm à 800^m Crystals of aluminum chloride A1C13 (5 to 10% by mass) from 2 nm to 800 μm, carbon particles from 2 nm to 800 μm.

Les anions fluorure et/ou chlorure apportés au plasma aident à la décomposition de AI203 en A13+ et O-. Les cations sodium ou potassium collectionnés à la cathode en 15 même temps que le A13+ permettent d'améliorer le rendement Al réduit notamment en capturent le 0+ .  The fluoride and / or chloride anions provided to the plasma aid in the decomposition of AI203 to A13 + and O-. The sodium or potassium cations collected at the cathode at the same time as the A13 + make it possible to improve the reduced Al yield in particular by capturing the 0+.

11) dans certains modes de réalisation l'argon est complété de dihydrogène et/ou d'helium 11) In some embodiments argon is supplemented with dihydrogen and / or helium

20 12) dans certains modes de réalisation l'alumine est mélangée avec une combinaison quelconque de NaF, KF, A1F3 , A1C13 , Na3AlF6,NaCl, C dans des proportions variant par exemple de 0 à 50 % massique. Le mélange est monté à une température supérieure à 950 °C, afin d'obtenir un sel fondu hétérogène ou un sel partiellement fondu hétérogène. 12) In some embodiments, the alumina is mixed with any combination of NaF, KF, AlF3, AlCl3, Na3AlF6, NaCl, C in proportions ranging, for example, from 0 to 50% by weight. The mixture is mounted at a temperature above 950 ° C, to obtain a heterogeneous molten salt or a heterogeneous partially fused salt.

Puis le mélange liquéfié est injecté en spray dans le réacteur de l'étape de réduction de Then the liquefied mixture is sprayed into the reactor of the reduction step of

25 l'oxyde de métal . The metal oxide.

Le préchauffage peut être réalisé par induction, par l'action d'un champ magnétique ou électrique variant à haute fréquence, par la convection d'une rayonnement solaire ou par une combinaison de ces moyens.  The preheating may be performed by induction, by the action of a magnetic or electric field varying at high frequency, by the convection of solar radiation or by a combination of these means.

30 13) Dans un mode de réalisation particulier du réacteur de l'étape de réduction de l'oxyde de métal, typiquement l'alumine en aluminium, après le dispositif d'excitation de plasma Fig2.3 , le tube du réacteur forme une croix fig2.27. A chaque branche horizontale de la croix, est disposée une électrode creuse fig2.20-21 formant par exemple un cône inversé percé. Eventuellement en amont de chaque électrode est disposé un tore magnétique 13) In a particular embodiment of the reactor of the step of reducing the metal oxide, typically aluminum alumina, after the plasma excitation device Fig. 2.3, the reactor tube forms a cross fig2.27. At each horizontal branch of the cross, is disposed a hollow electrode fig2.20-21 forming for example a pierced inverted cone. Possibly upstream of each electrode is arranged a magnetic torus

35 Fig2.22 tel que bobine enroulée autour d'un anneau ou enroulé en vortex et éventuellement aval de l'électrode une grille reliée à l'électrode Fig2.23. Dans certains modes de réalisation les deux branches de la croix peuvent être relevées pour former un Y Fig5.27. A partir de la croix Fig2.27,Fig5.27 le tube du réacteur se continue. Après la formation du plasma au niveau du dispositif d'excitation, les ions positifs seront attirés par la cathode etFig.2.22 such as a coil wound around a ring or wound in a vortex and possibly downstream of the electrode a gate connected to the electrode Fig.2.23. In some embodiments the two branches of the cross can be raised to form a Y Fig5.27. From the cross Fig.2.27, Fig5.27 the reactor tube is continued. After the formation of the plasma at the level of the excitation device, the positive ions will be attracted by the cathode and

40 éventuellement le tore en amont de ladite cathode, les ions négatifs seront attirés par l'anode et éventuellement le tore en amont de ladite anode. Les éléments neutres continueront leur parcours dans le prolongement de la partie haute de la croix formant le conduit des éléments neutres Fif2.28 , Fig5.28. Les ions chargés pourront être neutralisés à l'occasion de leur passage dans les électrodes creuses, ou par leur passage dans les grilles40 possibly the torus upstream of said cathode, the negative ions will be attracted by the anode and possibly the torus upstream of said anode. The neutral elements will continue their course in the extension of the high part of the cross forming the conduit of the neutral elements Fif2.28, Fig5.28. The charged ions can be neutralized during their passage in the hollow electrodes, or by their passage in the grids

45 placées en aval des susdites électrodes creuses. Dans certains modes de réalisation des canons à électrons disposés en aval des électrodes creuses 26 pourront injecter des électrons dans le conduit du bras de la croix en aval des électrodes creuses pour neutraliser les espèces. 45 placed downstream of said hollow electrodes. In some embodiments of the electron guns disposed downstream of the hollow electrodes 26 may inject electrons into the conduit of the cross arm downstream of the hollow electrodes to neutralize the species.

50 Dans un mode de réalisation particulier le conduit des éléments 28 neutres se courbe et se continue pour être connecté à l'entrée d'un propulseur électrique ou magnétique, tout type de propulseur électrique ou magnétique peuvent convenir, pour exemple nous décrirons le cas d'un propulseur à effet Hall Fig2.29,Fig5.29.  In a particular embodiment the duct of the neutral elements 28 curves and continues to be connected to the input of an electric or magnetic thruster, any type of electric or magnetic thruster may be suitable, for example we will describe the case of a Hall effect thruster Fig2.29, Fig5.29.

Différentes complexités de propulseur à effet Hall existe, pour les besoins de la description 55 il a été choisi un propulseur simple, mais d'autres propulseurs plus complexes peuvent convenir.  Different Hall effect thruster complexities exist, for the purposes of description 55 a single thruster has been chosen, but other more complex thrusters may be suitable.

Le propulseur à effet de Hall comprend deux cylindres imbriqués en céramique Fig3.30- 31. Toute sorte de céramique perméable à un champ magnétique ou à un champ électrique peuvent convenir sans être exhaustif, nitrure de bore , zirconium, carbure de silicium etc. Dans un mode de réalisation préférentiel le cylindre extérieur Fig3.31 sera la paroi du conduit des élément neutres. A l'intérieur du cylindre de céramique le plus interne Fig3.30 est disposé un bobinage Fig3.32 et à l'extérieur du cylindre le plus externe est disposé un autre bobinage Fig3.33 tel que lorsque lesdits bobinages sont parcourus par un courant électrique, ils génèrent un champ magnétique radial entre les bobinages intra et extra cylindre. Au fond de l'espace inter-cylindrique est disposée une anode annulaire Fig3.34 percée de trous. Cette anode représente l'entrée du réacteur à effet Hall. Une cathode Fig3.35 éventuellement creuse se trouve en retrait du cylindre externe. Un piquage et une bifurcation du conduit des éléments neutres permettent l'implantation de ladite cathode. Une partie des électrons éjectés de la cathode se dirigent vers l'anode et sont piégés par les ligne du champ magnétique autour du quelle ils s'enroule et qui les font voyager entre les deux cylindres. Certains de ces électrons suivent une trajectoire qui les fait passer de ligne de champ en ligne de champ, formant ainsi les courants de hall. Les électrons voyageant entre les deux cylindres et les électrons de Hall généreront des chocs avec les atomes d'aluminium provenant du plasma, mais aussi avec les molécules ou éventuellement les particules d'alumine résiduelles provenant du plasma produit par le dispositif de d'excitation de plasma. En effet, durant leur passage dans le plasma les particules d'alumine sont réduites en éléments neutres ou ionisés, toutefois il peut subsister dans le plasma des molécules d'alumine ou des particules incomplètement vaporisées. Les chocs avec les électrons dans le réacteur de Hall auront pour effet de ioniser les atomes et les molécules d'alumine, les molécules d'alumine impactées auront tendance à se décomposer. Les cations formés seront expulsés hors du propulseur de Hall par le champ électrique de l'anode, un certain nombre de cations seront neutralisés et continueront une course rectiligne, les cations non neutralisés seront déviés vers l'anode creuse Fig2.36. Dans un mode de réalisation particulier, un canon à électrons générera les électrons Fig3.37 du propulseur de Hall, pour l'ionisation et une cathode creuse éventuellement en cône Fig3.36 formera un piège à cations disposé de préférence à 180° ou à90° du canon à électrons. Le canon à électrons pourra comprendre une THT de 15KV. En amont de la cathode creuse formant le piège à cations Fig2.36, Fig3.36, un tore Fig2.22, Fig3.22 tel que un bobinage enroulé autour d'un cylindre ou en vortex sera disposé devant l'électrode de piège 36. Le courant circulant dans le tore sera tel qu'il conduise les cations à passer au centre du tore et repousse les anions ou électrons. Dans un mode de réalisation particulier, en aval de l'électrode de capture pourra être disposée une grille Fig3.23 et éventuellement un deuxième canon à électrons permettant de neutraliser les cations. The Hall effect thruster comprises two interlocking ceramic cylinders Fig.3.30-31. Any kind of ceramic permeable to a magnetic field or an electric field may be suitable without being exhaustive, boron nitride, zirconium, silicon carbide, etc. In a preferred embodiment the outer cylinder Fig. 3.3 will be the wall of the conduit of the neutral elements. Inside the innermost ceramic cylinder Fig3.30 is arranged a winding Fig3.32 and outside the outermost cylinder is disposed another winding Fig3.33 such that when said windings are traversed by an electric current , they generate a radial magnetic field between the intra and extra cylinder windings. At the bottom of the inter-cylindrical space is disposed an annular anode Fig3.34 pierced with holes. This anode represents the entrance of the Hall effect reactor. An optionally hollow cathode Fig3.35 is set back from the outer cylinder. A tapping and a bifurcation of the neutral elements conduit allow the implantation of said cathode. Part of the electrons ejected from the cathode move towards the anode and are trapped by the lines of the magnetic field around which they wind and make them travel between the two cylinders. Some of these electrons follow a path that takes them from field line to field line, thus forming the hall currents. The electrons traveling between the two cylinders and the Hall electrons will generate shocks with the aluminum atoms from the plasma, but also with residual molecules or possibly alumina particles from the plasma produced by the excitation device of the plasma. plasma. Indeed, during their passage in the plasma alumina particles are reduced to neutral or ionized elements, however there may remain in the plasma alumina molecules or incompletely vaporized particles. Shocks with electrons in the Hall reactor will ionize atoms and alumina molecules, impacted alumina molecules will tend to decompose. The cations formed will be expelled out of the Hall booster by the electric field of the anode, a number of cations will be neutralized and continue a straight race, unneutralized cations will be diverted to the hollow anode Fig2.36. In a particular embodiment, an electron gun will generate the electrons Fig3.37 of the Hall thruster, for ionization and a hollow cathode possibly cone Fig3.36 will form a cation trap preferably disposed at 180 ° or 90 ° of the electron gun. The electron gun may include a THT of 15KV. Upstream of the hollow cathode forming the cation trap Fig. 2.36, Fig. 3.3, a torus Fig.2.22, Fig. 3.22 such as a winding wound around a cylinder or in a vortex will be disposed in front of the trap electrode 36 The current flowing in the torus will be such that it leads the cations to pass through the center of the torus and repels the anions or electrons. In a particular embodiment, downstream of the capture electrode may be arranged a Fig3.23 grid and possibly a second electron gun to neutralize the cations.

L'ionisation atteindra non seulement les métaux tel que Al mais aussi les gaz moteurs et l'oxygène amené par l'oxyde. Seuls les cations seront éjectés du propulseur de Hall, possiblement A13+, Ar+, 0+ éventuellement H+ si il est présent. L'argon étant un gaz noble il se neutralisera sans réagir, en revanche A13+ et 0+ après neutralisation, peuvent réagir l'un sur l'autre. Toutefois, O étant beaucoup plus électronégatif que Al, la production de 0+ sera minimisée par rapport à celle de A13+, et 0+ sera neutralisé beaucoup plus rapidement que A13+ laissant le temps de collecter A13+ au niveau de l'électrode creuse de capture des cations.  The ionization will reach not only the metals such as Al but also the driving gases and oxygen brought by the oxide. Only cations will be ejected from the Hall Booster, possibly A13 +, Ar +, 0+ possibly H + if present. Argon being a noble gas it will neutralize itself without reacting, on the other hand A13 + and 0+ after neutralization, can react one on the other. However, since O is much more electronegative than Al, the production of 0+ will be minimized relative to that of A13 +, and 0+ will be neutralized much faster than A13 + allowing time to collect A13 + at the hollow capture electrode of cations.

14) Dans un mode de réalisation particulier du réacteur de l'étape de réduction de l'oxyde de métal, typiquement l'alumine en aluminium, après la formation des différents plasmas, les éléments neutres en sortie du moyen d'excitation et/ou du propulseur électrique ou/et -magnétique-seront reconduits vers le dispositif de génération de plasma Fig2.A de manière à générer une boucle au travers d'un conduit courbe Fig2.37, Fig5 qui débouche par exemple dans l'entrée d'un venturi (générateur de vide) Fig2.9 disposé en dessous du moyen d'excitation.  14) In a particular embodiment of the reactor of the reduction step of the metal oxide, typically aluminum alumina, after the formation of the different plasmas, the neutral elements at the output of the excitation means and / or electric thruster or / and -magnetic-will be returned to the plasma generating device Fig2.A so as to generate a loop through a curved conduit Fig2.37, Fig5 which opens for example in the input of a venturi (vacuum generator) Fig2.9 disposed below the excitation means.

15) dans certains modes de réalisation les conduits de captation de l'aluminium réduit peuvent être reliés à l'entrée d'un second réacteur de l'étape de réduction de l'oxyde de métal pour un deuxième cycle de réduction/sélection de l'aluminium.  15) in some embodiments the reduced aluminum capture conduits may be connected to the inlet of a second reactor of the metal oxide reduction step for a second reduction / selection cycle of the 'aluminum.

Dans un mode de réalisation particulier les conduits de captation de l'aluminium Fig4.38- 39 réduits se réunissent en un seul conduit. Le conduit débouche tangentiellement à un cyclone Fig4.40 de diamètre préférentiellement compris entre 1 et 20 centimètres en un matériau présentant une bonne conductivité thermique tel que cuivre, carbure de silicium, talium ou tout autre matériau compatible pour réaliser un échange thermique. A l'extrémité basse du cyclone est disposé un robinet Fif4.41 , au premier tiers du cyclone est disposé unIn a particular embodiment, the reduced aluminum capture ducts Fig4.38-39 come together in a single duct. The conduit leads tangentially to a cyclone Fig4.40 of diameter preferably between 1 and 20 centimeters in a material having a good thermal conductivity such as copper, silicon carbide, talium or any other compatible material to achieve a heat exchange. At the low end of the cyclone is a Fifty-four cock, the first third of the cyclone is

5 tuyau de captation des gaz remontant Fig4.42. Le cyclone est disposé dans une enceinte d'échangeur Fig4.43 dans laquelle circule à contre-sens un gaz, préférentiellement de l'argon Fig4.44. La température du gaz de l'échangeur sera ajustée de manière à ce que l'aluminium soit refroidi à une température inférieure à 2000 °c et supérieure à 660°C de manière à le liquéfier. La sortie du tube des gaz remontant du cyclone Fig4.42 sera5 rising gas collection pipe Fig4.42. The cyclone is disposed in an exchanger chamber Fig4.43 in which a gas flows counter-sensitively, preferably argon Fig4.44. The temperature of the exchanger gas will be adjusted so that the aluminum is cooled to a temperature below 2000 ° C and above 660 ° C so as to liquefy it. The exit of the gas tube going back from cyclone Fig4.42 will be

10 maintenue strictement entre 660°C et 800°C; Un filtre de céramique avec des pores inférieurs à 2nm Fig4.13 sera par exemple disposé à cette sortie de manière à forcer la liquéfaction de l'aluminium. Des capteurs de température et de niveau seront introduits au niveau du cyclone. Lorsque du liquide est présent dans le cyclone la vanne électrique est ouverte, un filet d'aluminium liquide s 'écoulera alors. Ce filet peut être coulé en lingot.Kept strictly between 660 ° C and 800 ° C; A ceramic filter with pores less than 2 nm Fig4.13 will for example be disposed at this outlet so as to force the liquefaction of aluminum. Temperature and level sensors will be introduced at the cyclone. When liquid is present in the cyclone the electric valve is open, a net of liquid aluminum will flow then. This net can be cast in ingot.

15 15

16) Dans un mode de réalisation préférentiel, le filet d'aluminium s'écoule sur une plaque de céramique maintenue à une température comprise entre 660°C et 700 °C. La plaque de céramique est reliée à une cellule piézoélectrique, de manière à générer des vibrations ultrasoniques comprises par exemple entre 16 kHz à 10 000 kHz. Au contact de la plaque 16) In a preferred embodiment, the aluminum net flows on a ceramic plate maintained at a temperature of between 660 ° C and 700 ° C. The ceramic plate is connected to a piezoelectric cell, so as to generate ultrasonic vibrations, for example between 16 kHz and 10,000 kHz. In contact with the plate

20 le filet est fragmenté en micro-gouttelettes et/ou nano-gouttelettes en fonction de la fréquence d'ultrasons appliquée à la plaque. Un jet d'argon à 660 °C chasse les gouttelettes de la plaque, un deuxième jet d'argon froid emporte les gouttelettes en spray en les refroidissant. The net is fragmented into micro-droplets and / or nano-droplets depending on the ultrasound frequency applied to the plate. An argon jet at 660 ° C expels the droplets from the plate, a second jet of cold argon carries the spray droplets cooling them.

Les nano-particules ainsi préparées sont alors stockées dans un conteneur éventuellement 25 dans de l'argon ou de l'eau selon le diamètre des particules.  The nano-particles thus prepared are then stored in a container optionally in argon or water depending on the diameter of the particles.

Dans un autre mode de réalisation la vanne débouche dans un pommeau dont la base est formée par une plaque en céramique perforée maintenue à une température comprise entre 660°C et 700 °C. Les trous de perforation seront compris entre 2nm et 200 //m par In another embodiment the valve opens into a pommel whose base is formed by a perforated ceramic plate maintained at a temperature of between 660 ° C and 700 ° C. The perforation holes will be between 2 nm and 200 μm by

30 exemple. La plaque du pommeau en céramique est reliée à une cellule piézoélectrique de manière à générer des vibrations ultrasoniques comprises par exemple entre 16 kHz à 10 000 kHz. En s'écoulant au travers des trous l'aluminium fondu forme des gouttelettes qui seront hachées selon la fréquence en nano ou micro-gouttelettes d'un diamètre compris entre 2 nm et 200 m. Un jet d'argon à une température comprise entre 660°C et 700° CExample. The plate of the ceramic knob is connected to a piezoelectric cell so as to generate ultrasonic vibrations, for example between 16 kHz and 10,000 kHz. By flowing through the holes the molten aluminum forms droplets that will be chopped at the frequency in nano or micro-droplets with a diameter of between 2 nm and 200 m. An argon jet at a temperature of between 660 ° C and 700 ° C

35 emporte les gouttelettes en spray . 35 carries the spray droplets.

Le spray sera refroidi par incorporation d'un jet d'argon à une température inférieure à 660°C.  The spray will be cooled by incorporating an argon jet at a temperature below 660 ° C.

17) Dans certains modes de réalisation les conduits de captation de l'aluminium Fig4.38-39 40 réunis en un seul conduit, ou la vanne du cyclone Fig4.40, débouchent dans l'entrée longitudinale d'un venturi (générateur de vide) Fig4.44 dont l'arrivée latérale Fig4.45 est alimentée par de l'argon entre 660 et 700°C à une pression comprise entre 1 et 150 bars. L'aspiration générée par l'effet venturi fragmente l'aluminium liquide en gouttelettes de 2nm à 800// m selon la pression latérale appliquée.  17) In some embodiments the aluminum capture ducts Fig4.38-39 40 joined in a single duct, or the cyclone valve Fig4.40, open into the longitudinal inlet of a venturi (vacuum generator ) Fig4.44 whose lateral arrival Fig4.45 is fed with argon between 660 and 700 ° C at a pressure between 1 and 150 bar. The suction generated by the venturi effect breaks up the liquid aluminum into droplets of 2 nm to 800 μm depending on the applied lateral pressure.

45 Dans certains modes de réalisation la sortie du venturi (générateur de vide) correspond à l'entrée d'un deuxième venturi (générateur de vide)e alimenté latéralement par de l'argon froid à une température inférieure à 660 °C de manière à refroidir les gouttelettes d'aluminium en nano et/ou micro-particules d'une taille comprise entre 2nm et 800 μτη.In some embodiments, the outlet of the venturi (vacuum generator) corresponds to the inlet of a second venturi (vacuum generator) e fed laterally by cold argon at a temperature below 660 ° C. so as to cooling the aluminum droplets in nano and / or microparticles with a size of between 2 nm and 800 μm η .

50 18) le spray de particules peut être concentré grâce à un tube à vortex. Le spray de particules à la sortie d'un venturi alimentera l'entrée latérale d'un tube à vortex à une pression comprise entre 1 et 150 bars. Les particules pourront être fractionnées de manière dichotomique par limite de taille entre la sortie des gaz chauds et des gaz froid, la limite dépendra de la pression d'entrée et du réglage du tube à vortex. 18) particle spray can be concentrated through a vortex tube. The particle spray at the outlet of a venturi will feed the lateral inlet of a vortex tube at a pressure of between 1 and 150 bar. The particles can be fractionated dichotomically by size limit between the hot gas outlet and the cold gas, the limit will depend on the inlet pressure and the adjustment of the vortex tube.

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19) Dans un mode de réalisation particulier les nano ou micro-particules d'aluminium d'un diamètre compris entre 2 nm et 800 μ η seront stockées dans un milieu de stockage tel que l'argon dans un conteneur métallique, polymère, composite, carbone, polyimide ect. Dans d'autres procédés les nano ou micro-particules d'aluminium d'un diamètre compris entre 50 nm et 800 μω seront stockées dans un milieu de stockage tel que eau liquide dans des conteneurs de même nature que précédemment. Le stockage dans de l'eau liquide ou dans le C02 entraînera la passivation de l'aluminium sur une épaisseur de 10 nm avec un 5 dégagement de H2 ou de C02 qui devra éventuellement être éliminé du conteneur. Les particules passivées par une couche d'alumine sont moins sensibles à l'oxydation et beaucoup plus stable ; néanmoins pour être oxydée complètement elle nécessite une activation comme celle décrite précédemment pour initier la réaction. D'autres activations peuvent être envisagées telle que celle par arc électrique produite par exemple par des19) In a particular embodiment, the nano or micro-particles of aluminum having a diameter of between 2 nm and 800 μ η will be stored in a storage medium such as argon in a metal container, polymer, composite, carbon, polyimide ect. In other processes nano or micro-particles of aluminum having a diameter between 50 nm and 800 μω will be stored in a storage medium such as liquid water in containers of the same kind as previously. Storage in liquid water or CO 2 will passivate the aluminum to a thickness of 10 nm with release of H2 or CO2 which will eventually have to be removed from the container. The particles passivated by a layer of alumina are less sensitive to oxidation and much more stable; however, to be completely oxidized it requires activation as described above to initiate the reaction. Other activations can be envisaged such as the electric arc produced for example by

10 bougies électriques ou encore par flamme. Néanmoins ces activations ne garantissent pas une oxydation complète des particules telle que obtenue avec les procédés présentés dans cette invention. En revanche, les particules de taille inférieure à 40 nm stockées dans l'argon sont passives dans le gaz de stockage. Ces particules dites passivées par le gaz de stockage sont beaucoup plus réactives, et peuvent peuvent être oxydées complètement par10 electric candles or by flame. However, these activations do not guarantee complete oxidation of the particles as obtained with the methods presented in this invention. On the other hand, particles smaller than 40 nm stored in argon are passive in the storage gas. These so-called passivated particles by the storage gas are much more reactive, and can be completely oxidized by

15 simple exposition à l'oxygène, au dioxyde de carbone ou à l'eau avec ou sans excitation. 15 simple exposure to oxygen, carbon dioxide or water with or without excitation.

D'autres gaz de stockage peuvent être utilisés tels que la plupart des gaz rares ou nobles, l'hélium...  Other storage gases can be used such as most rare or noble gases, helium ...

20 20) dans un mode de réalisation particulier le stockage des particule sera réalisé dans un conteneur comportant deux compartiment, un compartiment Fig5.46 comportera les particule par exemple stockées dans un gaz argon à un pression PI supérieur à la pression atmosphérique, entouré d'un deuxième conteneur Fig5.47 comportant dans l'espace séparent les deux contaneur, de la poudre d'extincteur de type D Fig5.48 mis sous pression 20) in a particular embodiment the storage of the particles will be carried out in a container having two compartments, a compartment Fig5.46 will include the particles for example stored in an argon gas at a pressure PI greater than atmospheric pressure, surrounded by a second container Fig5.47 comprising in space separating the two contaneur, D type extinguisher powder Fig5.48 pressurized

25 également par de l'argon. Une vanne Fig5.49 ou un opercule commun tarer pour souvrir ou cédé a une certain pression. En cas de sur pression d'un des deux compertiment du par exemple à une augemntation trop important de la pression a cause incendi. les vannes ou les opercules cèdent entraînant le mélange dans un spray dé particule de métal et de poudre de type extincteur D vers 1 'extérieur évitent la déflagration et la combustion deAlso by argon. A valve Fig5.49 or a common lid tare to open or given at a certain pressure. In case of pressure on one of the two components, for example, excessive pressure buildup due to fire. the valves or lids yielding causing the mixture in a particle spray of metal and extinguishing powder D towards the outside avoid the explosion and combustion of

30 l'aluminium. Aluminum.

21) Dans certains modes de réalisation un conteneur Fig5.50 comportant une poudre d'extincteur de type D sera placé dans le conteneur comportant les particules d'aluminium,21) In some embodiments a container Fig5.50 comprising a type D extinguisher powder will be placed in the container comprising the aluminum particles,

35 ce conteneur comportera une vanne ou une membrane ou un clapet capable de s'ouvrir si là température ou la pression devenait trop importante dans le compartiment contenant les particules de métal telles que particule d'aluminium, de manière à ce que la poudre de type D et les particules de métal puissent se mélanger. Dans certains modes de réalisation les parois du conteneur, comportant la poudre de type D, ne résistent pas à la chaleur, parThis container will have a valve or membrane or valve capable of opening if the temperature or pressure becomes too great in the compartment containing the metal particles such as aluminum particle, so that the powder of the type D and the metal particles can mix. In some embodiments, the walls of the container, including the type D powder, are not heat resistant, for example

40 exemple elle sera réalisée en un polymère qui se liquéfie à partir d'une température de 90°C. For example, it will be made of a polymer that liquefies from a temperature of 90 ° C.

22) Dans un mode de réalisation particulier le réservoir central 46, inclus dans le conteneur contenant une poudre de type D, comporte un piston mobile Fig5.51 le séparant en deux. 22) In a particular embodiment, the central reservoir 46, included in the container containing a type D powder, comprises a movable piston Fig5.51 separating it in two.

45 Le piston comportera des joints garantissant l'étanchéité entre les deux compartiments. 45 The piston will have seals ensuring tightness between the two compartments.

D'un côté du piston le réservoir Fig5.52 sera rempli de poudre d'extincteur de type D et d'un gaz tel que l'argon garantissant une pression P de poussée par exemple de 70 bars. De l'autre côté du piston le réservoir sera rempli de particules de métal tel que l'aluminium dans un gaz tel que l'argon ou le C02 ou dans une suspension hydraulique ou de C02 On one side of the piston the tank Fig5.52 will be filled with type D extinguisher powder and a gas such as argon guaranteeing a pressure P pushing for example 70 bar. On the other side of the piston the tank will be filled with metal particles such as aluminum in a gas such as argon or CO2 or in a hydraulic suspension or CO2

50 supercritique. La proportion entre la quantité de particules et de gaz ou d'eau sera définie pour que le spray formé ait une densité en particules donnée. Dans certains modes de réalisation un barreau magnétique est introduit dans le compartiment comportant les particules de métal afin de pouvoir créer une agitation dans ce compartiment pour homogénéiser la suspension ou le mélange particules/gaz. Des clapets ou membranes de50 supercritical. The proportion between the amount of particles and gas or water will be defined so that the spray formed has a given particle density. In some embodiments a magnetic bar is introduced into the compartment comprising the metal particles in order to be able to create agitation in this compartment to homogenize the suspension or the particle / gas mixture. Valves or membranes of

55 rupture ou valves de sécurité tarés à une certaine pression Fig5.53 sont introduits dans le piston, ces dispositifs sont destinés à rompre ou à s'ouvrir si la pression devenait trop importante dans au moins un des compartiments d'une part ou de l'autre du piston, de manière à ce que la poudre de type D et les particules métalliques se mélangent. La structure du réservoir est prévue de telle sorte à se déformer en forme de sphère au-delà d'une certaine pression intérieure de manière à ce que le contenu des deux compartiments puisse se mélanger. In the case of a break or safety valves calibrated at a certain pressure, Fig. 5,53 are introduced into the piston, these devices are intended to break or open if the pressure becomes too great in at least one of the compartments on the one hand or on the other. piston, so that the D-type powder and the metal particles mix. The The structure of the reservoir is designed to deform in the form of a sphere beyond a certain internal pressure so that the contents of the two compartments can mix.

5 Les conteneur décrit ici apporte une solution au stockage et au transport des poudres métalliques, pour qu'elles puissent être utilisées en combustible, par exemple dans les processus décrits dans ce document tout en palliant au risque d'incendie de métal particulièrement important pour des particules d'aluminium. En effet, la double coque que représentent les deux réservoirs emboîtés permet de neutraliser le pouvoir inflammable 10 d'un spray de particules en cas de percement du réservoir. En effet, le réservoir contenant la poudre de type D sera percé en premier, et la poudre de type D se mélangera au spray de métal.  The containers described herein provide a solution for storing and transporting metal powders so that they can be used in fuel, for example in the processes described herein while overcoming the risk of metal fire particularly important for aluminum particles. Indeed, the double shell that represent the two nested tanks can neutralize the flammable power 10 of a particle spray in case of piercing the tank. Indeed, the reservoir containing the type D powder will be pierced first, and the type D powder will mix with the metal spray.

Dans le cas d'une surpression due à un échauffement des conteneurs, avant la rupture du conteneur, les vannes de sécurité Fig5.49, libéreront un spray d'un mélange de poudre de 15 type D et de particules métalliques.  In the case of an overpressure due to heating of the containers, before the rupture of the container, the safety valves Fig. 5.49, will release a spray of a mixture of powder type D and metal particles.

Le réservoir à piston décrit permet d'une part, de contrôler la pression d'éjection du spray- de métal de manière indépendante de formule gaz/particule ou eau/particule du réservoir contenant les particules de métal et il permet également d'apporter une sécurité supplémentaire en cas de surpression dans le réservoir, ou de percement du réservoir.  The described piston reservoir makes it possible, on the one hand, to control the ejection pressure of the metal spray independently of the gas / particle or water / particle formula of the tank containing the metal particles and it also makes it possible to provide a additional safety in case of overpressure in the tank, or piercing of the tank.

20  20

23) dans certains modes de réalisation du réacteur de l'étape de réduction de l'oxyde de métal les dispositifs Fig2.A-B seront mis en série tel que AAA BBB ou encore AB AB ou dans n'importe quelle combinaison. Dans ces conditions, le spray de particules pourra être composé de particules hétérogènes d'un mélange de particules de différents oxydes de 25 métaux, voire de différents métaux. La température des plasmas et des différents champs électriques de chaque étage A ou B pourra être réglée de telle sorte à générer la ionisation d'éléments spécifiques pour chaque étage, et la sélection d'ions spécifiques permettant de trier les éléments dans un mélange d'oxyde de métal ou de métal.  23) in some embodiments of the reactor of the metal oxide reduction step the Fig2.A-B devices will be in series such as AAA BBB or AB AB or in any combination. Under these conditions, the particle spray may be composed of heterogeneous particles of a mixture of particles of different metal oxides, or even of different metals. The temperature of the plasmas and the different electric fields of each stage A or B can be adjusted so as to generate the ionization of specific elements for each stage, and the selection of specific ions for sorting the elements in a mixture of oxide of metal or metal.

30 18) Dans un mode de réalisation particulier, un faisceau de lumière infrarouge ou ultra violette sera convergé au centre du réacteur dans la zone d'excitation du plasma au travers d'un hublot Fig2.54 de manière à avoir une double source d'excitation et d'échauffement du plasma, dans ces conditions le tube du réacteur sera en quartz ou en saphir.  18) In a particular embodiment, an infrared or ultraviolet light beam will be converged at the center of the reactor in the plasma excitation zone through a window Fig. 2.54 so as to have a dual source of light. excitation and heating of the plasma, under these conditions the reactor tube will be quartz or sapphire.

Dans d'autres modes de réalisation, un rayonnement solaire concentré conditionné par In other embodiments, concentrated solar radiation conditioned by

35 exemple dans une fibre otique ou un guide d'onde circulaire en chrome, tantale plaqué chrome ou en céramique plaqué chrome guidera la lumière solaire jusqu'au centre du réacteur. For example, in a fiber optic or circular waveguide made of chromium, chromium-plated tantalum or chrome plated ceramic will guide the sunlight to the center of the reactor.

LEGENDES DE L'ENSEMBLE DES FIGURES LEGENDS OF ALL FIGURES

D tube réacteur en quartz, céramique ou tout autre matériau D reactor tube made of quartz, ceramic or any other material

2) dispositif pour injecter un spray de particules métalliques, nébuliseur, gicleur etc. 3) downstream ou guide d'onde 2) Device for injecting a spray of metal particles, nebulizer, nozzle etc. 3) downstream or waveguide

4) micro-ondes 4) microwave

5) venturi (générateur de vide) 5) venturi (vacuum generator)

6) tube externe en quartz ou céramique 6) outer tube made of quartz or ceramic

7) tube interne en quartz ou céramique 7) Internal quartz or ceramic tube

8) paroi fermant l'extrémité du tube 6 et qui rejoint la paroi du tube 7 8) wall closing the end of the tube 6 and which joins the wall of the tube 7

9) venturi (générateur de vide) d'injection 9) injection venturi (vacuum generator)

10 sens gaz venturi (générateur de vide) 10 direction gas venturi (vacuum generator)

11 système d'ailettes ou d'aubes 11 system of fins or blades

12 tube se terminant par un cône formant un cyclone 12 tube ending with a cone forming a cyclone

13 Filtre à particules 13 Particulate filter

14 échangeur thermique 14 heat exchanger

15 tube externe emboîté 15 outer tube fitted

16 tube interne emboîté 16 inner tube fitted

17 surface annulaire 17 annular surface

18 gaz de gainage 18 sheathing gas

19 bifurcation en Y du réacteur 19 reactor Y-bifurcation

20 anode creuse formant de préférence un cône inversé percé 20 hollow anode preferably forming a pierced inverted cone

21 cathode creuse formant de préférence un cône inversé percé 21 hollow cathode preferably forming a pierced inverted cone

22 tore magnétique, tel une bobine enroulée autour d'un anneau ou enroulée en vortex 23 grille en aval de chaque électrode au même potentiel que l'électrode 22 magnetic toroid, such as a coil wound around a ring or vortexed 23 grid downstream of each electrode at the same potential as the electrode

24 dispositif de réduction de l'oxyde de métal en tandem 24 tandem metal oxide reduction device

25 électrode annulaire positive 25 positive annular electrode

26 26a, 26b, canon à électrons 26 26a, 26b, electron gun

27 tube du réacteur formant une croix 27 reactor tube forming a cross

28 conduit des éléments neutres 28 leads neutral elements

29 propulseur à effet Hall 29 Hall effect thruster

30 cylindre en céramique propulseur à effet Hall interne 30 cylinder ceramic propellant with internal Hall effect

31 cylindre en céramique propulseur à effet Hall externe 31 ceramic cylinder propeller with external Hall effect

32 bobinage cylindre interne propulseur à effet Hall 32 internal coil winding Hall effect thruster

33 bobinage cylindre externe propulseur à effet Hall 33 coil outer cylinder propeller Hall effect

34 anode annulaire percée de trous 34 annular anode pierced with holes

35 cathode réacteur effet Hall 35 Hall effect reactor cathode

36 canon à électrons 36 electron gun

37 conduit courbe 37 curved conduit

38 conduit de captation de l'aluminium réduit 38 reduced aluminum capture duct

39 conduit de captation de l'aluminium réduit 39 reduced aluminum capture duct

40 cyclone 40 cyclone

41 robinet de cyclone 41 cyclone valve

42 tuyau de captation des gaz remontant de cyclone 42 Hurricane gas collection pipe

43 enceinte d'échangeur 43 exchanger enclosure

44 entrée longitudinale d'un venturi (générateur de vide) 44 longitudinal inlet of a venturi (vacuum generator)

45 arrivée latérale d'un venturi (générateur de vide) 45 Lateral arrival of a venturi (vacuum generator)

46 compartiment particules 46 compartment particles

47 compartiment de la poudre d'extincteur de type D 47 fire extinguisher powder compartment type D

48 poudre d'extincteur de type D 48 type D fire extinguisher powder

49 vannes ou opercules tarés pour s'ouvrir ou céder à une certaine pression 49 valves or covers tared to open or give in at a certain pressure

50 conteneur comportant une poudre d'extincteur de type D 50 container with a type D extinguisher powder

51 piston mobile 51 movable piston

52 partie du réservoir remplie de poudre d'extincteur de type D sous pression ) clapet, membrane de rupture, valve de sécurité tarée, à une certaine pression) Hublot52 part of the tank filled with pressurized D type extinguisher powder valve, diaphragm rupture, calibrated safety valve, at a certain pressure) Hublot

) Purge ) Purge

Claims

REVENDICATIONS 1) Procédé de production et de stockage d'énergie caractérisé en ce qu'il consiste, à utiliser des nanoparticules métalliques de taille comprise entre 2nm et 800^m, pour produire de l'énergie, du dihydrogène, du monoxyde de carbone, par oxydation des particules métalliques et pour stocker de l'énergie par réduction d'oxyde métallique en métal conservé sous forme de particules de taille comprise entre 2nm et 800 ηι.  1) A process for producing and storing energy, characterized in that it consists in using metal nanoparticles with a size of between 2 nm and 800 μm to produce energy, dihydrogen and carbon monoxide, oxidation of the metal particles and for storing energy by reducing the metal oxide to metal preserved in the form of particles of size between 2nm and 800 ηι. 2) Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la production d'énergie, du dihydrogène, du monoxyde de carbone, est obtenue par oxydation de particules d'aluminium dans un spray, par un oxydant tel que H20, C02, CO, initié et éventuellement activé en plasma par un moyen tel que irradiation électromagnétique, rayonnement laser, rayonnement solaire, micro-ondes (Figl.3), radio fréquence, champ électrique variant à haute fréquence, champ magnétique variant à haute fréquence, décharges électriques. 2) Process according to claim 1, characterized in that the production of energy, of dihydrogen, of carbon monoxide, is obtained by oxidation of aluminum particles in a spray, by an oxidant such as H 2 O, CO 2, CO, initiated and optionally activated in plasma by means such as electromagnetic irradiation, laser radiation, solar radiation, microwaves (Fig. 1.3), radio frequency, high frequency electric field, high frequency magnetic field, electric discharges. 3) Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le stockage de l'énergie, consiste à réduire de l'alumine en particule d'aluminium, en vaporisant l'alumine sous forme de spray dans un plasma de gaz préférentiellement d'argon, d'hélium activé en plasma par un moyen tel que irradiation électromagnétique, rayonnement laser, rayonnement solaire, micro-ondes (Fig2.3), radio fréquence, champ électrique variant à haute fréquence, champ magnétique variant à haute fréquence, décharges électriques, à isoler les ion A13+ du plasma principal (20-21) et à réduire ces ions A13+ par adjonction d'électrons provenant de cathodes électriques, de canons à électrons (Fig2.3).  3) Process according to claim 1, characterized in that the storage of the energy consists in reducing alumina to aluminum particles by vaporizing the alumina in the form of a spray in a gas plasma, preferably argon plasma-activated helium by means such as electromagnetic irradiation, laser radiation, solar radiation, microwaves (FIG. 2.3), radio frequency, high frequency electric field, high frequency magnetic field, electric discharges, to isolate the A13 + ions of the main plasma (20-21) and to reduce these A13 + ions by addition of electrons from electric cathodes, electron guns (Fig2.3). 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3 caractérisé en ce que l'aluminium, éventuellement mélangé à au moins l'un quelconque des composés NaF, KF, A1F3, A1C13, Nà3AlF6,NaCl, C, soit porté à une température supérieure à 950°C avant d'être pulvérisé en spray pour réaliser un plasma.  4) Process according to any one of claims 1 and 3 characterized in that the aluminum, optionally mixed with at least one of the compounds NaF, KF, AlF3, AlCl3, Na3AlF6, NaCl, C, is brought to a temperature above 950 ° C before being sprayed into a spray to make a plasma. 5) Dispositif mis en place pour réaliser le procédé selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comprend des tubes emboîtés permettant à un gaz, un spray de particules, un plasma de circuler en serpentant (6, 7, 15, 16, 17) dans une source d'excitation tel que générateur haute fréquence, irradiation électromagnétique, rayonnement laser, rayonnement solaire, micro-ondes, radio fréquence, champ électrique variant à haute fréquence, champ magnétique variant à haute fréquence, décharges électriques.  5) Device set up to carry out the method according to claims 1 to 2, characterized in that it comprises nested tubes allowing a gas, a particle spray, a plasma to flow by winding (6, 7, 15, 16, 17) in an excitation source such as a high frequency generator, electromagnetic irradiation, laser radiation, solar radiation, microwave, radio frequency, high frequency electric field, high frequency magnetic field, electric discharges. 6) Dispositif mis en place pour réaliser le procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un cyclone (12,7) et éventuellement des filtres à particules (13), ledit cyclone permettant de renvoyer (7) le gaz pour traverser la source d'excitation au niveau de laquelle la réaction d'oxydation des particules est réalisée afin de refroidir cette zone et de surchauffer le gaz. 6) A device set up to carry out the method according to claim 5, characterized in that it comprises a cyclone (12,7) and optionally particulate filters (13), said cyclone making it possible to return (7) the gas for passing through the excitation source at which the oxidation reaction of the particles is carried out in order to cool this zone and to superheat the gas. 7) Dispositif mis en place pour réaliser le procédé selon l'une quelconque des revendications 5, 6, caractérisé en ce qu'il comprend une bifurcation telle que, Y (19), croix (27). lesdites bifurcations étant muniësTdè moyens tel quë électrodes (20,21), bobiné (22) magnétique, vortex magnétique capable de contraindre la trajectoire d'éléments chargés tel que cations, anions, électrons, afin d'extraire lesdits éléments d'un plasma. 7) device set up to carry out the method according to any one of claims 5, 6, characterized in that it comprises a bifurcation such that, Y (19), cross (27). said bifurcations being provided with means such as electrodes (20, 21), a magnetic coil (22), a magnetic vortex capable of constraining the trajectory of charged elements such as cations, anions, electrons, in order to extract said elements from a plasma. 8) Dispositif mis en place pour réaliser le procédé selon l'une quelconque des revendications 5, 6, 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'injecter des électrons dans un réacteur (1 ,31) tel que des canons à électrons (26). 8) A device set up to carry out the method according to any one of claims 5, 6, 7, characterized in that it comprises means for injecting electrons into a reactor (1, 31) such as barrels to electrons (26). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5, 6, 7, 8 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif d'excitation de plasma et au moins un propulseur électrique ou magnétique tel que un propulseur à effet Hall (29, Fig.3). 10) Dispositif mis en place pour réaliser le procédé selon l'une quelconque des revendications 5, 6, 7, 8, 9, caractérisé en ce le réacteur de réduction d'oxyde de métal en spray, comporte au moins un dispositif permettant de réaliser des sprays de gouttelettes de métal liquide tel que cyclone, plaque de céramique éventuellement perforé de pores reliée à des dispositifs piézoélectrique, tube venturi, au moins un dispositif permettant de refroidir lesdits sprays de métal liquide en sprays de particules de métal de taille comprise entre 2nm et 800/im tel que tube venturi, générateur de vide (Fig4.5) et éventuellement au moins un dispositif permettant de concentrer les particules tel que du tube à vortex. 9) Device according to any one of claims 5, 6, 7, 8 characterized in that it comprises at least one plasma excitation device and at least one electric or magnetic thruster such as a Hall effect thruster (29). , Fig. 3). 10) Device set up to carry out the method according to any one of claims 5, 6, 7, 8, 9, characterized in that the metal oxide spray reduction reactor, comprises at least one device for carrying out sprays of droplets of liquid metal such as cyclone, ceramic plate optionally perforated with pores connected to piezoelectric devices, venturi tube, at least one device for cooling said liquid metal sprays in sprays of metal particles of size between 2 nm and 800 / im such as venturi tube, vacuum generator (Fig4.5) and optionally at least one device for concentrating the particles such as vortex tube. 11) Dispositif mis en place pour réaliser le procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que, les particules sont stockées dans des réservoirs, des conteneurs, garantissant la passivité des particules pour le milieu de stockage tout en conservant la réactivité des particules, tel que la passivité est obtenue par une couche d'alumine de 5 à 20nm recouvrant les particules d'aluminium de 50 nm à 800 ηι dans H20, par un stockage dans un gaz noble tel que l'argon, l'hélium.  11) A device set up to carry out the method according to any one of claims 5 to 10, characterized in that the particles are stored in tanks, containers, ensuring the passivity of the particles for the storage medium while maintaining the reactivity of the particles, such as passivity, is obtained by a layer of alumina of 5 to 20 nm covering the aluminum particles from 50 nm to 800 ηι in H 2 O, by storage in a noble gas such as argon, 'helium. 12) Dispositif selon la revendication 11 , caractérisé en ce que, les réservoirs, les conteneurs, comprennent une poudre de type D (48) disposée dans des parties desdits réservoirs ou conteneurs, séparées des particules de métal et de leur milieu de stockage (46, 47) tel que, lesdites parties comportent des moyens pour mélanger les particules de métal et la poudre de type D avant ou durant la rupture ou le percement des parois desdits réservoirs ou conteneurs et tel que les parties desdits réservoirs ou conteneurs séparées des particules de métal comprennent au moins un des éléments pris parmi une double coque emboîtée (46, 47), un gaz sous pression, une vanne de sécurité (49), une membrane tarée à la rupture, un clapet, un piston mobile (51 , 53), une paroi capable de rompre à une pression ou une température données en dessous du seuil de rupture des matériaux des parois du conteneur.  12) Device according to claim 11, characterized in that the tanks, the containers, comprise a powder type D (48) disposed in parts of said tanks or containers, separated from the metal particles and their storage medium (46). , 47) such that said parts comprise means for mixing the metal particles and the type D powder before or during the breaking or piercing of the walls of said tanks or containers and such that the parts of said tanks or containers separated from the particles of metal comprise at least one of a nested double shell (46, 47), a pressurized gas, a safety valve (49), a tapered diaphragm, a valve, a movable piston (51, 53) , a wall capable of breaking at a given pressure or temperature below the rupture threshold of the materials of the walls of the container.
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